- •СТАБИЛИЗАЦИЯ МАШИН
- •Предисловие
- •1.1. Основные понятия и определения
- •1.2. Математические основы теории линейных систем автоматического регулирования
- •1.2.2. Преобразования Лапласа и их свойства
- •1.4. Структурный анализ линейных САР
- •1.4.1. Структурная схема САР
- •1.4.3. Преобразование структурных схем
- •1.4.5. Обратные связи в САР
- •1.5.1. Типовые воздействия
- •1.5.2. Временные характеристики
- •1.5.3. Частотные характеристики
- •1.5.4. Временные и частотные характеристики типовых звеньев
- •1.6. Устойчивость САР. Критерии устойчивости
- •1.6.1. Условие устойчивости
- •1.6.2. Критерий Гурвица
- •1.6.3. Критерий Рауса
- •1.6.4. Критерий Михайлова
- •1.6.5. Критерий Найквиста
- •1.6.6. Определение устойчивости САР и запасов устойчивости
- •1.7. Оценка качества переходного процесса
- •1.7.1. Основные показатели качества
- •1.7.2. Оценка показателей качества переходного процесса по частотным характеристикам системы
- •1.7.3. Расчет установившихся ошибок САР
- •1.8. Коррекция динамических свойств САР
- •1.8.1. Метод последовательной коррекции
- •1.8.2. Метод параллельной коррекции
- •2.1. Эффективность стрельбы боевых машин
- •2.1.1. Особенности стрельбы с ходу
- •2.1.2. Анализ колебаний корпуса САО
- •2.1.3. Анализ колебаний корпуса морских кораблей
- •2.1.4. Способы повышения эффективности стрельбы
- •2.2. Анализ кинематических зависимостей при наведении и стабилизации
- •2.2.1. Кинематические схемы наведения и стабилизации установок
- •2.2.3. Слежение за неподвижной целью при трехосной схеме со стабилизацией осей цапф установки
- •2.2.5. Слежение за подвижной целью
- •2.2.6. Понятие «мертвой» зоны силовых приводов наведения
- •2.2.7. Влияние схемы заряжания установки на мощность силового привода наведения
- •2.3. Расчет и анализ процесса амортизации оружия при стрельбе очередью
- •2.3.2. Решение уравнения движения короба при П0=0
- •2.3.4. Решение уравнения движения короба при переменном темпе стрельбы
- •2.3.5. Расчет движения системы «оружие - установка» при стрельбе очередью
- •2.3.6. Анализ процесса амортизации оружия при стрельбе очередью
- •3.1. Классификация систем наведения и стабилизации установок
- •3.2. Система наведения артиллерийской установки
- •3.4. Принцип радиолокационной системы командного наведения зенитных комплексов
- •4.1. Свойства гироскопа
- •4.2. Учет сил трения в гироскопе
- •4.4. Двухстепенной гироскоп.
- •4.6. Скоростная характеристика наведения установки
- •5.1.1. Основные требования к приводам
- •5.1.2. Классификация силовых приводов
- •5.1.3. Принципиальные схемы некоторых приводов
- •5.2. Расчет электромашинного привода наведения
- •5.2.1. Способы регулирования скорости электродвигателей постоянного тока
- •5.2.2. Пуск электродвигателей постоянного тока
- •5.2.3. Торможение электромашинного привода
- •5.2.4. Выбор электродвигателя для неавтоматизированных приводов
- •5.2.5. Уравнение динамики электропривода
- •5.2.6. Расчет мощности электродвигателя для автоматизированных приводов
- •5.2.7. Усилительные устройства
- •5.3.1. Уравнения гидропривода с дроссельным регулированием
- •5.3.2. Структурная схема гидропривода
- •5.3.3. Устойчивость гидропривода
- •5.3.4. Способы повышения устойчивости гидропривода
- •5.4.1. Электромеханические преобразователи
- •5.4.2. Гидроусилители
- •6.1. Расчет механизмов вертикального наведения
- •6.2. Расчет механизмов горизонтального наведения
- •6.3. Выбор рациональной схемы установки коренных шестерен механизма поворота
5.2. Расчет электромашинного привода наведения
Электромашинный привод наведения состоит из трех основ ных элементов: исполнительного двигателя, кинематической пере дачи от электродвигателя к объекту и регулятора, с помощью кото рого осуществляется регулирование скорости двигателя.
В качестве исполнительных двигателей используются электро двигатели постоянного тока с независимым возбуждением. Кине матическая передача понижающий редуктор с большим переда точным числом (порядка 400...2000 и более). Схема и тип регуля тора скорости в первую очередь определяются способом регулиро вания скорости электродвигателя.
5.2.1. Способы регулирования скорости электродвигателей постоянного тока
Уравнение механической характеристики электродвигателя можно [7, 8] записать в виде:
(5.2)
где Е - противоэлектродвижущая сила (ЭДС), индуктированная в обмотке якоря вследствие вращения якоря в магнитном поле возбуждения;
Сс - постоянная электродвигателя; Фв - магнитный поток возбуждения двигателя.
ПротивоЭДС связана с напряжением U питания двигателя за висимостью
|
(5.3) |
где и - |
напряжение, подводимое к щеткам якоря; |
/ я - |
сила тока в якоре; |
/?я и /?р - |
сопротивления цепи якоря и регулировочного реостата. |
Вращающий момент двигателя и ток якоря связаны между со бой соотношением:
(5.4)
где См - постоянная, зависящая от конструктивных параметров двигателя;
Мд - вращающий момент двигателя. Из выражений (5.2...5.4) можно найти:
(5.5)
Выражение (5.5) называется уравнением механической харак теристики двигателя, которое является общим для всех типов дви гателей постоянного тока (с независимым возбуждением, шунтового, сериесного, компаундного). Для каждого типа двигателя маг нитный поток возбуждения Фв определяется своей зависимостью.
Из выражения (5.5) следует, что регулирование скорости дви гателя постоянного тока можно осуществить одним из следующих способов:
1)изменением сопротивления реостата /?р, включенного после довательно в цепь якоря (реостатное регулирование);
2)изменением магнитного потока возбуждения Фв (регулиро вание ослаблением потока возбуждения);
3)изменением величины напряжения U, подводимого к якорю двигателя (регулирование по схеме «генератор-двигатель»).
При реостатном регулировании скорость двигателя изменяет ся за счет сопротивления реостата Rp, включенного в цепь якоря (рис. 5.15). При полностью включенном реостате скорость двигате ля имеет минимальное значение:
пmin
. «.(*■+О
с.ф . с.с.ф ;
При уменьшении сопротивления реостата скорость двигателя повышается, достигая при Rp = О максимального значения:
М Л
Сефв с ес мф ;'
Из графиков на рис. 5.15 следует, что при уменьшении сопро тивления реостата жесткость механической характеристики двига теля повышается.
Рис. 5.15. Схема реостатного регулирования и характеристики жесткости двигателя
В современных приводах наведения реостатное регулирование практически неприемлемо из-за серьезных недостатков:
-малая жесткость механических характеристик;
-неустойчивость малых скоростей наведения и малая крат ность регулирования (не более 4);
-большие тепловые потери, низкий КПД, недостаточные быстродействие и надежность системы.
При изменении потока возбуждения Фв можно изменять ско рость двигателя как в сторону ее увеличения, ослабляя магнитный поток, так и в сторону ее понижения, увеличивая поток возбужде ния. Для получения малых скоростей наведения необходимо иметь
большой магнитный поток, для чего требуется большой ток воз буждения /в. Увеличение /в сверх номинального приводит лишь к перегреву обмоток, а существенного увеличения магнитного пото ка вследствие насыщения магнитной цепи не дает. Практически ре гулировать скорость двигателя можно лишь ослаблением магнит ного потока.
Так как при ослаблении магнитного потока увеличивается ток /я, потребляемый двигателем, ухудшаются условия коммутации и возрастает искрение под щетками, то этот способ регулирования скорости распространения в системах наведения не получил.
В системе регулирования по схеме «генератор - двигатель» осуществляется регулирование скорости двигателя за счет измене ния величины напряжения генератора (рис. 5.16), которым питается исполнительный двигатель ИД. Приводной двигатель ПД приводит во вращение якорь генератора с постоянной скоростью. Величина и полярность напряжения генератора изменяются от величины и на-
Рис. 5.16. Система регулирования по схеме «генератор - двигатель» и характеристики жесткости
правления тока /Вг в обмотке возбуждения ОВг генератора. Послед няя, например, включена в диагональ моста, образованного сопро тивлениями реостата управления Ry и делителя напряжений ДН. Схема управления позволяет обеспечить регулирование скорости и реверс исполнительного двигателя ИД.
Преимуществами регулирования скорости по схеме «генератор - двигатель» по сравнению с реостатным регулированием, являются:
-большая надежность привода, т.к. в цепи управления проте кают малые токи, и тепловые потери в реостате управления Ry очень малы;
-более высокая кратность регулирования (до 20);
-большая жесткость механических характеристик. Это объясня
ется тем, что реостат в цепи якоря двигателя отсутствует ( /?р = 0), и уравнение механической характеристики имеет вид:
"г |
M R |
______Д Я |
|
Се Ф в |
г С Ф 2 |
В этом выражении напряжение иг является напряжением гене ратора, а Дя = Rr + /?д сравнительно невелико. Здесь /?г и /?д —со
противления включенных последовательно якорных обмоток гене ратора и двигателя.
Каждой величине питающего напряжения иг соответствует своя идеальная скорость холостого хода ;zxv = иу/СеФв (при Мд = 0).
Несмотря на свои заметные преимущества, схема «генератор - двигатель» в рассмотренном виде в современных приводах наведе ния не применяется, все же остаются существенные недостатки:
-недостаточная кратность регулирования (требуется свыше 200);
-недостаточная жесткость механических характеристик;
-зависимость скорости вращения двигателя от скорости вра щения якоря генератора; это может быть связано, в частности, с колебаниями напряжения бортовой сети.
Наиболее радикальным средством устранения отмеченных не достатков является введение в схему регулирования жесткой отри цательной обратной связи по скорости исполнительного двигателя
ииспользование в качестве генератора электомашинного усилите ля (ЭМУ). Кроме того, для повышения кратности регулирования, жесткости механической характеристики и быстродействия приво да эффективным является увеличение общего коэффициента уси ления схемы за счет введения предварительного усилителя с боль
шим коэффициентом усиления.