- •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
довательно, и гидропривод является (с учетом допущений) не устойчивым. Если положить Ец = оо, то есть не учитывать сжимае мость жидкости и упругость опоры гидроцилиндра, то гидропривод
я |
( 1 |
1 ' |
будет находиться на границе устойчивости: |
— |
= — |
|
V Сев |
С св j |
В представленных случаях было рассмотрено влияние на устойчивость основных характерных параметров, что дает возмож ность наметить пути повышения устойчивости гидропривода в це лом. При заданных значениях параметров гидропривода устойчи вость его можно также проверить частотными методами. Для этого строятся логарифмические амплитудные и фазовые частотные ха рактеристики разомкнутого контура гидропривода [22].
5.3.4. Способы повышения устойчивости гидропривода
Известны следующие способы повышения устойчивости гид роприводов с дроссельным регулированием:
-введение перетечки жидкости между полостями гидроци линдра;
-использование упругости опоры гидроцилиндра для получе ния дополнительной обратной связи;
-установка демпфера на золотник;
-включение дополнительных обратных связей, создающих сигналы по производным от давления в полостях гидроцилиндра или от перемещения его штока.
Целесообразно рассмотреть первые три способа. Четвертый чаще используется в электрогидравлических следящих приводах.
Введение канала перетеканияу соединяющего полости гидроци линдра, является достаточно простым способом повышения устой чивости гидропривода, при этом практически не требуется изменять схему и конструкцию гидропривода (рис. 5.47). В этом случае легко регулировать небольшое проходное сечение канала в процессе от-
Е Ш
Рис. 5.47. Гидропривод с дополнительным каналом
ладки и эксплуатации гидропривода, при обнаружении потери устойчивости уже изготовленного и собранного привода. Для про стоты и наглядности понимания этого способа повышения устой чивости принимаются следующие допущения: трение в нагрузке отсутствует (£ф = 0); связь штока с массой т абсолютно жесткая (Ссв = оо; У = Ут), нет позиционной нагрузки (С„ = 0), Кр = 0 (наихудший случай для устойчивости гидропривода). С учетом сделанных допущений уравнения (5.36, 5.38, 5.48 и 5.49) сводятся к следующей системе:
d2y
ml F = F A '
(5.62)
о - F d y + v" d/’" + n ■
Х , = К , к - К „ У .
Размеры канала перетекания обычно малы, это дает возмож ность применить [13] соотношение
|
^пср К„срРу , |
(5.63) |
mi4 |
квазистационарное значение |
проводимости ка |
где Кпср |
нала для ламинарного режима течения жидко |
|
128ц/ |
сти в канале диаметром d и длиной /; |
|
|
||
Ц - динамическая вязкость жидкости.
Решая систему (5.62) относительно У и И, получается, с учетом
(5.63), одно уравнение третьего порядка: |
|
|
|
У0т |
|
йУ |
|
ЫцЕцКх dtl F.K. dг |
К |
dr |
h |
В соответствии с критерием Гурвица и уравнением (5.64) усло |
|||
вие устойчивости можно представить неравенством: |
|
||
К > |
к хк жу0 |
|
(5.65) |
пер |
|
|
|
2 Г Л
Отсюда следует, что введением канала протекания (подбором соответствующих значений d и / канала) можно обеспечить устой чивость гидропривода даже в неблагоприятных (Кр = 0, Kw = 0) в отношении устойчивости случаях. Недостатками этого способа по вышения устойчивости является снижение точности работы гидро привода, так как при малых смещениях золотника от нейтрального положения уменьшается изменение перепада давления в полостях
гидроцилиндра, и при наличии сухого трения поршень гидроци линдра не перемещается. Кроме того, при перетечке жидкости из одной полости гидроцилиндра в другую появляется просадка пор шня под нагрузкой.
Рис. 5.48. Гидропривод с использо ванием упругости опоры
Использование упругости опо ры гидроцилиндра для получения додополнительной обратной связи предусматривает введение в схему механизма управления дополнитель ных элементов, например, двухпле чего рычага NMK (рис. 5.48). Пусть корпус золотника не составляет одно целое с гидроцилиндром. При этой схеме механизма управления пере мещение Уц гидроцилин-дра на упругой опоре вызывает смещение корпуса золотника вслед за золотни ком на величину
где К0П= ---------коэффициент передачи, определяемый соотноше-
КМ
нием плеч рычага NMК
Таким образом, кроме основной обратной связи по положению штока поршня, создаваемой рычагом CDE (рис. 5.44), в данном гидроприводе имеется дополнительная обратная связь по переме щению гидроцилиндра за счет рычага NMK. Влияние этой обрат ной связи на устойчивость гидропривода исследуется при таких же, как и в предыдущем случае, допущениях: Kw = 0; Кр = 0; Сн = 0;
<2пер = 0 .
Принимая, что У » уравнение механизма управления гид роприводом с учетом дополнительной отрицательной обратной связи можно записать в виде
Х г = К ^ - К к У - К тУи. |
(5.66) |
Если пренебречь массой гидроцилиндра, то |
|
СопУа = Р Л |
(5.61) |
Отсюда* |
|
*3 = K „h -K ocy - K on- ^ p H |
(5.68) |
^ОП |
|
Как видно, дополнительная отрицательная обратная связь по перемещению гидроцилиндра эквивалентна связи по перепаду дав-
ления Рн = Р 1 - Р2*Учитывая выражение т — — = FUPU, определя-
dг
ют ускорение поршня гидроцилиндра (обратная связь по ускоре нию поршня). Вводя в систему (5.62) уравнение (5.68), с учетом Qncp = 0 >и решая ее относительно У и Л, получается одно уравне
ние третьего порядка:
mVn |
d3y |
K m |
d2y |
F„ |
d y |
2EnFuKx |
dr3 |
Con |
dr |
+ -^ — +КУ = КЛ (5.69) |
|
Kx |
dr |
||||
По критерию Гурвица аналогочно предыдущему случаю полу чается условие устойчивости гидропривода, определяемое нера
венством |
|
Кп > |
(5.70) |
2F„2E„
Из этого следует, что при наличии введенной дополнительной отрицательной обратной связи уменьшение жесткости Соп способ ствует повышению устойчивости гидропривода, в то время как без этой связи уменьшение Соп, как правило, снижает устойчивость гидропривода.
Недостаток этого способа состоит в увеличении просадки гид роцилиндра под нагрузкой: в увеличении перемещения штока гид роцилиндра при изменении нагрузки.
Установка демпфера на золотник (рис. 5.49) требует введения в механизм управления упругого звена, в противном случае эффек та повышения устойчивости гидропривода не будет. Демпфер созда-
Рис. 5.49. Гидропривод с установкой демпфера на золотник
ет осевое усилие сопротивления перемещающемуся золотнику. Это усилие пропорционально скорости осевого перемещения золотни ка. Точка А (точка управления) рычага АОВ должна перемешаться посредством упругого звена, жесткость которого СЛ. При ручном управлении гидроприводом роль такого звена выполняет рука опе ратора.
Физическую сущность повышения устойчивости гидропривода в этом случае можно пояснить без рассмотрения математической модели механизма управления. А именно, в процессе потери устойчивости гидропривода переходные процессы могут сопро вождаться длительными слабозатухающими колебаниями выход ных параметров гидропривода. При этом все вырождается в непре рывные колебания золотника. Демпфер, создавая сопротивления колеблющемуся золотнику, придерживает его и уменьшает его пе ремещения от нейтрального положения. Вследствие этого умень шается приток энергии жидкости от золотника в гидроцилиндр, ко торая как бы поддерживает (возобновляет) колебания штока с поршнем в гидроцилиндре. Это и приводит в конечном счете к по вышению устойчивости гидропривода. Переходные процессы быстро заканчиваются и гидропривод занимает свое задаваемое установившееся положение.
Недостатком этого способа является увеличение усилий на ручке управления для перемещения золотника. Однако при разум ном выборе усилий со стороны демпфера и на ручке управления этот способ может быть весьма эффективным для повышения устойчивости гидропривода.
5.4. Расчет следящ его гидропривода
сэлектрическим управлением
Всовременных системах наведения и стабилизации орудий широко применяются электрогидравлические следящие приводы. Управляющая часть таких приводов состоит из электрических устройств, воспринимающих задающие воздействия от чувстви тельных элементов, сравнивающих их с сигналами обратной связи
ивырабатывающих сигналы управления для исполнительной сило вой части (гидродвигателей). С целью уменьшения мощности по требляемой электрической управляющей частью регулирование гидропривода осуществляется через промежуточные гидроусили тели. Сигналы обратной связи от выходного звена получаются с по мощью датчиков обратной связи (электрические потенциометры, ин дуктивные датчики перемещений, сельсины, тахогенераторы и т. д.).