В полученном выражении разделим числитель и знаменатель на

В итоге, получим передаточную функцию ДГП W(s)=k_qPW_ВК(s), приведённую ниже, в которой постоянная времени T_M=I_Hk_qP/(A_пl)

Т_М – характеризует темп нарастания скорости штока.

Обозначим

С учётом полученных соотношений, передаточная функция ДГП примет вид

Привод обладает астатизмом первого порядка, т.е. не имеет ошибки по положению.

Структурная схема силового ДГП в общем случае.

В общем случае нагружения, когда k_ш, k_ВТ, I_H0 , частотные характеристики и передаточную функцию ДГП можно получить на основании анализа логарифмических амплитудно-частотных характеристик (ЛАЧХ) ДГП.

1/Т_ГП

1/W_oc

Передаточная функция ДГП при нагружении полным комплексом составляющих нагрузки примет вид

Сравнивая эту передаточную функцию с передаточной функцией при k_Ш=0, видим, что учёт в нагрузке шарнирного момента приводит к потере приводом астатизма и появлении в приводе в процессе отработки командного сигнала ошибки по положению штока (вала).

Основные технические характеристики привода.

При эксплуатации ДГП оперируют основными техническими характеристиками:

- максимальный момент на валу привода М_м, Нм,

- максимальная скорость выходного вала _m, 1/c,

- максимальный расход жидкости Q_н, л/с,

- максимальная мощность привода N_m, Вт,

- давление питания привода Р_н, МПа,

- максимальное перемещение штока Y_max, м,

- время работы t, c.

2.4.5. Элементы управления электрогидравлического привода.

В состав элементов управления приводом входят:

-усилитель мощности (УМ),

-электромеханический преобразователь (ЭМП),

-гидроусилитель (ГУ).

Усилитель мощности.

УМ в контуре привода выполняет следующие функции:

-суммирование сигналов управления и сигнала отрицательной обратной связи по положению (U_вх и U_ос), а также сигналов коррекции U_к,

-усиление сигнала управления в заданное число k_у раз для необходимого превышения полезного сигнала над шумом и обеспечения запаса устойчивости контура привода,

-согласования электронной части привода со входом ЭМП.

В качестве УМ в настоящее время применяются операционные усилители мощности, т.е. операционные усилители имеющие достаточно мощный выход, порядка 1…4 Вт. Суммирование входных сигналов в этом случае происходит на входных сопротивлениях с различными регулируемыми коэффициентами усиления. После суммирования внутри усилителя формируется сигнал ошибки

В УМ сигнал ошибки усиливается в k_у раз. При этом, выходной сигнал по времени запаздывает относительно входного на время, равное постоянной времени обмотки управления ЭМП, содержащей активное и индуктивное сопротивления. Для выходной цепи УМ на основании закона Ома можно записать:

откуда получается выражение для передаточной функции УМ:

На основании полученной передаточной функции структурная схема УМ имеет вид:

U

I_У

Постоянная времени УМ Т_У характеризует динамику изменения параметров усилителя. Введением обратной связи по току величину постоянной времени можно существенно уменьшить. На начальных этапах проектирования постоянной времени усилителя можно пренебречь.

Следует отметить, что УМ является основным элементом, позволяющим наиболее просто изменять коэффициент усиления контура привода, обеспечивая заданную устойчивость привода или улучшение качества регулирования.

Электромеханический преобразователь (рис. 36).

ЭМП служит для преобразования электрических сигналов в пропорциональное механическое перемещение управляющего органа, коммутирующего поток жидкости гидроусилителя в приёмных каналах силового исполнительного механизма. Эту функцию выполняет маломощный моментный мотор (поляризованное электромеханическое реле) в аналоговых приводах или шаговый двигатель в дискретных приводах.

ЭМП состоит из якоря, магнитной цепи, постоянного магнита для обеспечения постоянной ориентировки якоря и обмоток управления, где создаётся управляемый магнитный поток, взаимодействующий с магнитным потоком постоянного магнита и обеспечивающий перемещение якоря в заданном направлении и на заданную величину.

Рис. 36 Схема ЭМП.

На схеме обозначено: 1-якорь ЭМП, 2-статор, 3-упругий элемент, 4-постоянный магнит, 5-заслонка, k_УU-напряжение, приложенное к обмоткам ЭМП, I_У-ток в обмотках ЭМП.

Входным управляющим сигналом для ЭМП является ток I_У управления в обмотках ЭМП. Выходным параметром является перемещение торца якоря h, т.е. статическая зависимость для ЭМП будет h=f(I_У). При появлении в обмотке управления тока I_У за счёт взаимодействия магнитных потоков в якоре ЭМП возникает момент

где k_M – коэффициент пропорциональности. Движущий момент уравновешивается противодействующими моментами, которые имеют следующий состав:

где I_Э-момент инерции подвижных частей ЭМП относительно центра вращения органа управления ЭМП, k_Э-коэффициент вязкого трения в подвижной системе ЭМП, с_Э-жёсткость пружины ЭМП, -угол отклонения якоря ЭМП. Угол отклонения якоря ЭМП связан с перемещением заслонки h через величину рычага (длину трубки упругого элемента ЭМП). Если к приведённому уравнению движения якоря ЭМП применить преобразование Лапласа при нулевых начальных условиях, то можно написать уравнение ЭМП в операторной форме:

о ткуда, после несложных преобразований, можно получить передаточную функцию и структурную схему

I_У

h

где постоянная времени ЭМП определяется соотношением:

к оэффициент демпфирования равен:

а коэффициент передачи ЭМП:

Гидроусилитель. Схема. Характеристики. Передаточная

функция.

Для управления перемещением золотникового гидро-распределителя (ГР) используются различные ЭМП, кинематически связанные с золотником. Такой преобразователь должен преодолевать силы, действующие на золотник со стороны коммутируемого потока жидкости. Силы, возникающие в результате воздействия потоков жидкости на золотник, называют гидродинамическими силами.

Особенностью гиддродинамических сил является их нестационарный, динамический характер.

При ограниченных габаритах, ЭМП управляют слаботочными потоками рабочей жидкости. Поэтому при необходимости разработки мощных приводов используются каскады гидроусиления – гидравлические усилители (ГУ). Применение каскадов ГУ обеспечивает миниатюризацию ЭМП, а их движение делает высокодинамичным. Следует отметить, что применение УМ с высокими коэффициентами усиления позволяет снизить требования к мощности ЭМП.

При использовании высоких уровней давления и многокаскадное исполнение ГУ достигаются низкие габаритномассовые показатели при реализации больших коэффициентов усиления по мощности (5000…300000).

Рассмотрим одну из широко распрастранённых схем ГУ «сопло-заслонка» при использовании пружин на торцах цилиндрического золотника.

R₂

Рис. 37 Гидроусилитель

ГУ состоит из 4-х гидравлических сопротивлений R₁, R₂, R₃, и R₄. Эти гидравлические сопротивления соединены в схему моста. В одну диагональ моста подводится гидравлическое питание Р_вх, в другую диагональ моста включается золотник, управляющий расходом жидкости в полости ГД. Гидравлические сопротивления R₁ и R₂ переменны и образуются зазором между соплами и заслонкой. При среднем положении заслонки h=h₀ давления Р₃ и Р₄ равны друг другу и золотник под действием пружин с₁ и с₂ находится в среднем положении. Отклонение заслонки h нарушает равновесие сил на золотнике и под действием силы F=( Р₃ - Р₄)A_З осуществляется его перемещение (А_З – площадь торца золотника) пропорционально перемещению заслонки х.

Максимальное перемещение заслонки h_m связано с диаметром сопла h_m 0,25d_c. Максимальное перемещение золотника определяется величиной щелей золотника, которые выбирают исходя из потребных расходов для обеспечения заданных скоростей перемещения поршня ГРП.

Под уравнением ГУ будем понимать зависимость x=f(h).

Исходными для вывода этого уравнения являются:

• уравнения неразрывности потоков жидкости;

• уравнения сил, приложенных к золотнику.

Считаем схему моста симметричной.

Расход жидкости через сопло 1 можно записать на основании уравнения расхода через элементарный дроссель (при условии Р_сл=0):

где:

- гидравлическая проводимость дросселя при нейтральном положении заслонки,  d_c z – площадь проходной щели дросселя ГУ, Р₃ – перепад давления на дросселе 1,  - коэффициент расхода сечения, z – перемещение заслонки.

Для удобства за начало отсчёта перемещения принимается нейтральное (нулевое) положение заслонки

В этом случае расход жидкости через дроссель 1 будет