книги из ГПНТБ / Морозов А.Х. Эксплуатация автоматических устройств мобильных сельскохозяйственных агрегатов
.pdf
|
, Внешние воздействия |
|
|
|
|
|
Источники |
|
|
|
|
|
|
информации |
|
|
|
|
Внешние |
|
о |
задачах |
|
|
|
|
|
управления |
Подвод энергии |
|
воздействия |
|||
|
i |
|
|
|
|
I |
Устройства |
|
|
Исполни - |
|
||
для обработ |
Усилители |
|
тельные |
|
Объект |
|
|
|
управления |
||||
ки |
информа |
|
|
устройство |
||
ции |
|
|
|
|
|
|
|
|
Источники информации |
|
|
||
|
|
о результатах управ |
|
|
||
|
|
ления |
|
|
|
|
Рнс. |
Общая функциональная |
схема |
замкнутой систе |
|||
|
мы автоматического |
|
регулирования. |
|||
|
Внешние |
|
|
|
|
|
|
воздействия |
I Подбод энергии |
|
|
||
материальный |
Усилитель |
Исполни |
|
Объект |
||
носитель |
тельный |
|
||||
|
|
управления |
||||
программы |
|
механизм |
|
|||
|
|
|
||||
Рис. 2. Общая функциональная схема разомкнутой систе мы автоматического управления.
жидкости
Рнс. 3. Принципиальная схема автоматического регулиро вания уровня жидкости:
/ — бак; |
2 — поплавок; 3 — рычаг; 4 — клапан. |
||||
Уровень цстанобки |
Внешнее воздействие |
||||
поплавка (задатчик) |
(расход |
жидкости) . |
|||
Поплабок |
Клапан |
(испол |
|
Уровень(ре |
|
бак (объект |
гулируемая |
||||
(датчик) |
нительный |
||||
регулирования^ |
Величина) |
||||
механизм) |
|||||
|
|
|
|||
Разница уровней |
Величина открытия |
||||
(ошибка регулирования) |
(регулирующее воздействие) |
||||
|
Линия |
обратной связи |
|
||
Рис. 4. Функциональная |
схема САР уровня |
жидкости. |
|||
Объектом регулирования в данном случае является бак, а регулируемой величиной—уровень жидкости в баке. Эта регулируемая величина зависит от внешнего воздействия (расхода жидкости) и от регулирующего воздействия—величины открытия .клапана 4 (ом. рис. 3), определяющей приток жидкости. Регулируемую ве личину измеряют ее датчиком (положением поплавка 2). Изменяя заранее длину вертикальной тяни, соединяющей поплавок с горизонтальным рычагом 3, можно задать различный уровень жидкости в баке /. Такое устройст во, позволяющее изменять заданное значение регулиру емой величины, называют задающим устройством, ор ганом настройки. Если же эта настройка может изме
няться |
в |
любой момент, то это изменяющееся воздей |
|||||
ствие |
на |
систему называют |
у п р а в л я ю щ и м |
в о з |
|||
д е й с т в и е м . |
|
|
|
|
|
||
На рисунке 4 кружком со знаком минус |
обозначен |
||||||
элемент сравнения. В этом случае сравнивают |
заданное |
||||||
значение |
уровня жидкости (положение поплавка |
при |
|||||
полностью закрытом |
клапане) |
с |
фактическим |
значени |
|||
ем в данный момент. Знак минус в кружке |
указывает |
||||||
на то, что этот элемент сравнения выдает сигнал в |
за |
||||||
висимости |
от разницы |
значений |
положения |
поплавка |
|||
(сигналы вычитают). Если результат этого вычитания равен нулю, то задача регулирования выполняется пол ностью, без ошибки. Чем больше будет разница уровней, тем больше будет ошибка регулирования, тем более энергично должен действовать исполнительный меха низм. Клапан будет больше открывать проход для жид кости, поступающей в бак.
В данном случае в системе нет усилителя, так как подъемная сила поплавка оказывается достаточной для перестановки клапана.
Воздействие от одного элемента САР к другому пе
редается |
только |
в |
направлении, |
показанном |
стрелками. |
||||
Та • физическая |
величина, которая |
входит |
в |
какой-то |
|||||
элемент, |
называется в х о д н о й . |
Входная |
величина |
пре |
|||||
образуется в этом |
элементе (иногда |
и в |
другую |
по |
фи |
||||
зической |
природе |
величину), получается |
|
в ы х о д н а я |
|||||
величина. |
Следует |
иметь в виду, что в системах |
автома |
||||||
тического регулирования применяют элементы направ ленного действия. Если у элемента изменение входной величины влияет на изменение выходной, а изменение выходной величины при этом не влияет на изменение
И
|
|
9 |
|
|
|
Рис. 5. |
Функциональная схема САР с |
местной |
обратной |
||
|
|
связью: |
|
|
|
/ —задатчнк; 2 и 4 — элементы |
сравнения; 5, 5 н 6 — промежуточные |
элемен |
|||
ты; 7 — о б ъ е к т |
регулирования; |
S и 9 — элементы |
преобразования в |
цепях об |
|
ратной связи; |
git) — управляющее воздействие; |
е ( 0 — ошибка регулирования; |
|||
fit) — внешнее воздействие; yit) — регулируемая |
величина. |
|
|||
входной, то такой элемент называют н а п р а в л е н н ы м или детектирующим. Например, при изменении положе
ния клапана изменяется |
величина |
притока |
жид |
кости, но изменение притока |
не может |
сразу же |
изме |
нить положение клапана. Система будет обладать свой
ствами направленности действия, если в |
ее |
структуре |
||
есть хотя бы один детектирующий |
элемент. |
Системы, |
||
не обладающие свойствами |
направленности |
действия, |
||
не могут быть системами автоматического |
регулирова |
|||
ния. |
|
|
|
|
На рисунке 5 показана в |
общем |
виде функциональ |
||
ная схема более сложной системы автоматического ре гулирования с местной обратной связью. В цепях обрат
ных связей расположены элементы |
преобразования 8 и |
|||
9. В этом случае обратная связь называется |
г и б к о й |
в |
||
отличие от жесткой |
обратной связи, когда на элементы |
|||
2 и 4 сравнения подается выходной |
сигнал с объекта 7 |
|||
регулирования и с промежуточного |
элемента |
6 без пре |
||
образования. Управляющее воздействие g (t), |
регулиру |
|||
емая величина y{t), |
ошибка регулирования |
и внеш |
||
нее воздействие f(t) |
являются переменными во времени |
|||
величинами. |
|
|
|
|
Классификация систем и автоматических устройств |
||||
Автоматические |
системы можно подразделить |
на |
||
два основных класса. |
|
|
|
|
1. Циклические |
(или детерминированные) |
автомати |
||
ческие системы, осуществляющие заданную им цель без всякой свободы выбора выходящей за пределы уста-
12
новленной для них жесткой 'программы. Наиболее прос
той пример циклического автомата |
одноразового |
дейст |
в и я — автомат подъема сеялки, а |
многоразового |
дейст |
вия—"двигатель внутреннего сгорания. В последнем случае многократно повторяется один и тот же рабочий цикл двигателя.
2. Ациклические (или информационные) автомати ческие системы, т. е. системы, 'Осуществляющие задан ную им цель с большей или меньшей свободой выбора, определяемой происходящими в них информационными процессами. 'К ним относятся рассмотренная выше сис тема автоматического регулирования уровня жидкости, система автоматического регулирования угловой скорос ти вала дизеля, предохранительный клапан гидравли ческой системы и др.
Системы управления мопут включать в 'качестве своего элемента человека (оператора), который управ ляет при помощи различных автоматических устройств, исполняющих отдельные операции. Такие системы управ
ления |
называются |
а в т о м а т и з и р о в а н н ы м и . |
Ра |
|
бота |
тракториста |
приближена к |
работе оператора |
ав |
томатизированной |
системы. При |
управлении трактором |
||
он попользует такие автоматические (устройства, как гидроусилитель рулевого управления, регулятор числа оборотов, гидравлическое дистанционное управление рабочими машинами или переключением передач, при
боры автоматической |
сигнализации |
и контроля |
и т. д. |
||
В ближайшее |
время рабочее место |
тракториста |
будет |
||
оснащено различными |
автоматическими устройствами, |
||||
облегчающими |
сложный процесс |
управления |
работой |
||
машинно-тракторного |
агрегата. |
|
|
|
|
Рассмотрим |
классификацию |
замкнутых ацикличе |
|||
ских систем. Они 'бывают самонастраивающимися |
и не- |
сашш встраивающимися. Самонастраивающиеся |
'Систе |
мы автоматического управления являются высшей сту
пенью |
развития, |
и пока |
на сельскохозяйственных |
||||||
агрегатах |
их не применяют. |
Сущность |
ее |
в том, что |
|||||
система |
автоматически |
настраивает |
свою |
программу, |
|||||
т. е. может |
легко |
приспосабливаться |
к |
изменяющимся |
|||||
условиям |
работы. |
|
|
|
|
|
|
||
По |
виду |
задающей |
программы |
|
несамонастраи- |
||||
вающиеся |
системы делятся на стабилизирующие (по |
||
стоянного |
параметра), |
следящие и программые. |
Наи |
более распространены |
' с т а б и л и з и р у ю щ и е |
еисте- |
|
13
мы автоматического регулирования. Эти системы стремятся стабилизировать, поддерживать на постоян
ном уровне регулируемую величину. Примерами |
таких |
|||
систем ичогут быть: САР угловой |
скорости |
вала |
дизеля, |
|
САР температуры охлаждающей |
жидкости |
двигателя. |
||
В этом случае управляющее воздействие |
g(t) |
(рис. 5) |
||
остается 'постоянным какое-то длительное время. Так, например, тракторист воздействует на САР угловой скорости шала дизеля рычагам управления регулятором сравнительно не часто, а воздействие на САР темпера туры охлаждающей жидкости наблюдается совсем редко.
С л е д |
я щ и е системы |
изменяют регулируемую |
ве |
личину в |
соответствии с |
непрерывным изменением |
уп |
равляющего воздействия, т. е. система стремится полу чить равенство y(t)=g{t). Наиболее простым и известным примером следящей системы является гид роусилитель рулевого управления. Здесь управляющее
воздействие — поворот рулевого |
колеса. Система следит |
||
за положением рулевого колеса |
и всегда стремится по |
||
ставить |
регулируемую величину |
(.положение |
направ |
ляющих |
колес) в соответствие |
с положением |
рулевого |
колеса. |
Следящей системой является7 и система |
автома |
|
тического направления движения свеклоуборочного ком байна но рядкам сахарной свеклы.
Системы |
автоматического |
п р о г р а м м н о г о |
регу |
||||
лирования |
не только |
могут |
выдерживать |
одно наперед |
|||
заданное постоянное |
значение |
какого-либо |
параметра, |
||||
но в процессе работы должны |
изменять |
его |
по |
опреде |
|||
ленному закону; в качестве |
примера приведем |
автома |
|||||
тическое управление дополнительным освещением в птичнике. Программа включения и выключения осве щения заложена в программном часовом механизме и рассчитана на дополнительное искусственное освещение с 6 до 21 ч. Естественное освещение солнечными лу чами имеет разную продолжительность. Чтобы не рас ходовать электроэнергию три достаточной естествен ной освещенности, само включение и выключение ис
кусственного |
освещения проводится при |
помощи фото |
|
элемента, измеряющего |
естественную |
освещенность. |
|
Кроме того, |
искусственное |
оовещение |
включается и |
выключается постепенно, создавая иллюзию рассвета и
наступления сумерек. В данном случае |
g(t) |
меняется |
|
по заранее определенному закону, |
а |
на |
задатчнк 1 |
действует сигнал от дополнительного |
датчика. |
||
14
Системы |
автоматического регулирования отличают |
ся подводом |
к элементу сравнения различных воздей |
ствий. Наиболее распространен |
принцип регулирования |
|
с подводом воздействия по |
регулируемой |
величине. |
Этот принцип был попользован еще И. И. |
Ползуновым |
|
и Д . Уаттом при создании первых автоматических ре гуляторов, поэтому и принцип регулирования по откло нению регулируемой величины y(t) от заданного значе ния g(t) получил название принципа Ползунова—Уатта. Второй принцип регулирования с подводом к элементу сравнения внешнего воздействия зародился также при автоматизации управления тепловыми двигателями. Так, в 1830 г. Понселе предложил регулировать коли
чество |
.пара, |
подаваемого |
в |
машину, |
пропорционально |
|||||
нагрузке. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Наибольший эффект может быть получен при под |
||||||||||
воде к |
элементу |
сравнения |
одновременно |
двук |
воздей |
|||||
ствий |
y(t) |
и |
f{t). |
Более |
подробно этот |
принцип регу |
||||
лирования |
рассмотрен |
в |
главе 2. |
|
|
|
||||
По |
числу |
контуров |
регулирования |
системы |
делятся |
|||||
на одноконтурные и многоконтурные. Примером двухконтурной системы является регулирование температуры и влажности воздуха в инкубаторе. Если температура воздуха ниже нормы, то увлажнитель воздуха не должен
включаться, |
так как это вызовет дальнейшее снижение |
температуры |
воздуха. |
По виду |
вспомогательной энергии системы бывают |
прямого и непрямого действия с усилителями. Усилители могут быть электрическими, гидравлическими, пневмати ческими и комбинированными. На сельскохозяйственных машинах чаще всего применяют гидравлические усили тели в связи с оснащением тракторов гидроприводом. В системах управления тормозами применяют и пневма тические усилители (тракторы К-700, Т-150К). Электри ческие усилители используют только в электрических цепях (тяговое реле электростартера, триоды в системе электронного зажигания автомобильных двигателей и др.). Примером комбинированного усилителя может быть золотниковый распределитель раздельно-агрегатной гидросистемы с электромагнитным управлением.
Регуляторы прямого действия просты по устройству, надежны и экономичны. Но они менее чувствительны и ограничены значениями выходных сигналов ' (усилиями, моментами, токами).
15
|
Рис. |
6. Зависимость |
регулируемой |
величины |
(у) |
||
|
от |
внешнего |
воздействия (/) |
для системы: |
|
||
|
|
а — статической; б — астатической. |
|
||||
Регуляторы непрямого |
действия |
позоляют |
получить |
||||
в регулирующей системе |
требуемый |
(часто очень боль |
|||||
шой) |
коэффициент |
усиления. |
|
1 |
|
||
Йо |
характеру регулирования |
во |
времени |
системы |
|||
могут быть непрерывными и прерывистыми. Если сиг нал в системе циркулирует непрерывно (САР уровня жидкости), то это система непрерывного действия. Если же в системе есть хоть один элемент прерывистого или дискретного действия, то и сигнал во всей системе бу дет циркулировать с перерывами во времени. По виду
элемента |
дискретного действия |
прерывистые |
системы |
|||||
бывают релейные и импульсные. Примером |
прерывистой |
|||||||
релейной |
системы |
является |
|
регулятор |
напряжения |
|||
в |
системе |
электрооборудования |
трактора. |
Здесь |
реле |
|||
то |
включает, то выключает |
сопротивление |
в |
цепи об |
||||
мотки возбуждения, |
а не изменяет плавно |
его |
значе |
|||||
ние, как это делает |
поплавок |
в |
САР уровня |
жидкости |
||||
при открытии клапана. Все системы с цифровыми вычи слительными устройствами являются прерывистыми импульсными системами. Самый простой счетчик числа оборотов вала двигателя устроен так, что каждый счет
ный |
барабан поворачивается |
под действием |
импуль |
|||
сов |
после |
полного |
оборота |
барабана низшего раз |
||
ряда. |
|
|
|
|
|
|
i По |
свойствам в |
установившемся режиме |
системы |
|||
делятся |
на |
статические и астатические. |
|
|||
16
При статическом 'регулировании, когда система .пе реходит от одного установившегося состояния к друго му, получают однозначную зависимость между значени ем отклонения регулируемой величины у (рис. 6, а) и значением внешнего воздействия / на объект, например, нагрузки.
При статическом |
регулировании |
величина |
регу |
|
лирующего воздействия |
(пусть это будет подача топли |
|||
ва в |
цилиндры дизеля) |
однозначно связана с отклоне |
||
нием |
регулируемой величины (угловой |
скорости |
вала) . |
|
Для создания требуемого регулирующего воздействия, компенсирующего влияние внешнего воздействия на объект регулирования (момент сопротивления я а (валу дизеля), необходимо достичь пропорционального откло нения регулируемой величины. Поэтому при статиче ском регулировании для разных нагрузок f{t) равнове сие системы получают при различных значениях регу лируемой величины. При изменении нагрузки от нуля до fmax регулируемая величина изменяется от г/Шах до г/min или в пределах Ау.
При астатическом регулировании (рис. 6, б) равно весие системы наступает всегда при одном и том же заданном значении регулируемой величины.
При решении однотипных задач астатические регу ляторы (более точно поддерживают заданное значение регулируемой величины, но устроены более сложно по сравнению со статическими. Точность в установившемся режиме для статических регуляторов оценивают с т а -
ти з м о м р е г у л и р о в а н и я :
</mai— (/mln
0 = |
• |
(1) |
|
I/max |
4 '• |
Следует иметь в виду, что при установившемся сос тоянии в статической замкнутой системе наблюдают следующую зависимость:
где к — коэффициент |
усиления |
разомкнутой |
системы. |
||
Повышение точности в установившемся режиме для |
|||||
статических систем |
может быть достигнуто |
увеличени |
|||
ем коэффициента |
к. |
'• |
|
|
|
Чтобы закончить |
классификацию сисхам,_ав.тожати- |
||||
чеокого регулирования, укажем, |
что они бывают . в |
зази- |
|||
2. А. X. Морозов |
|
|
J Н ^ ' 1 : , : . ' |
^7 |
|
«г! И Т А Л ы ; о го ;
симостн от вида уравнений математического |
описания |
|||||||||
элементов |
линейными, линеаризованными и |
нелиней |
||||||||
ными. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
•Кл аос ифгакацня н ее а м он астр а ив а ющ и хс я |
ащн кл ич е- |
|||||||||
оких |
замкнутых |
автоматических |
систем |
показана на |
||||||
рисунке |
7. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рассмотрим |
подробнее |
разомкнутую |
систему |
авто |
||||||
матического |
регулирования. |
Функциональная |
схема |
|||||||
одной |
из |
этих |
систем — системы |
автоматического |
конт |
|||||
роля |
показана |
на |
рисунке |
8. |
Системы |
автоматического |
||||
контроля подразделяются на системы автоматической
сигнализации, |
защиты и блокирования. |
|
||||||
С и с т е м ы |
а к т о м а т н ч е с к ой |
с и тЧн а л и з а- |
||||||
ц и и непрерывно измеряют ту |
|
или |
иную величину и |
|||||
|
Системы |
автоматического регулирования |
||||||
|
По виду |
задающей |
|
программы |
|
|||
стабилизирующие \ |
|
\ следящие |
\ |
\ программные \ |
||||
По принципу регулирования (подвод |
к элементу сравнения) |
|||||||
| регулируемой |
величины \ |
\ внешнего |
воздействия \ комбинированные \ |
|||||
|
По числу |
контуров |
регулирования |
|
||||
|
одноконтурные |
|
|
многоконтурные \ |
||||
|
По виду вспомогательной энергии |
|
||||||
прямого действия |
непрямого |
действия |
[^электрические |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
1 гидравлические |
|
|
|
|
|
|
|
|
\ |
пневматические |
|
|
|
|
|
|
|
|
комбинированные \ |
|
По характеру |
регулирования во |
Времени |
|||||
|
|
|
I |
|
|
|
|
|
непрерывные |
|
прерывистые |
\ релейные |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
I |
импульсные |
|
По свойствам |
в установившемся состоянии |
||||||
|
статические |
|
|
|
астатические |
|||
|
По виду уравнений |
системы |
|
|||||
|
|
|
I |
|
|
" |
|
|
линейные |
линеаризованные |
нелинейные |
||||||
Рнс. 7. Классификация замкнутых ациклических [«само настраивающихся систем.'
18
|
|
|
|
Подвод энергии |
|||
Внешнее |
Чувствитель |
Преобразо |
* |
Сигнализа |
|||
Усилитель |
|||||||
бездействие |
ный элемент |
ватель |
тор или стоп- |
||||
|
•устройство |
||||||
Рис. 8. Функциональная схема |
разомкнутой системы |
автомати |
|||||
|
|
ческого |
контроля. |
|
|
||
без преобразования |
или после |
предварительного преоб |
|||||
разования |
(обычно |
механических величин |
в |
электриче |
|||
ские) передают выработанный |
сигнал на |
|
указатель. |
||||
Указатель может показать непрерывное изменение из
меряемой величины |
(амперметры, манометры, |
термо |
|
метры, тахоепидометры |
и др.), отмечать лишь |
выход |
|
измеряемой величины |
за |
определенные пределы |
(лампы, |
сигнализирующие о разрядке аккумуляторных батарей, недопустимом снижении давления масла), сигнализи
ровать о выполнении определенного действия |
(лампа, |
||||
световое излучение которой указывает на |
включение |
||||
кнопки замыкания аккумуляторной |
'батареи |
на |
массу, |
||
о закрытии задней стенки копнителя СК-4) |
или о |
на |
|||
ступлении аварийного |
состояния |
(сигналы |
лампы |
на |
|
щитке комбайна СК-4 |
о забивании |
шнеков |
и |
соломо |
|
тряса). Все эти системы автоматической сигнализации рассчитаны на восприятие их сигналов оператором и
входят составной частью в автоматизированную |
систе |
||
му управления |
работой машинно-тракторного агрегата. |
||
С и с т е м ы |
а в т о м а т и ч е с к о й |
з а щ и т ы |
обла |
дают некоторой |
самостоятельностью |
:и при |
выходе |
контролируемого параметра за определенные пределы
отключают |
узел |
или |
систему |
механизмов |
во |
избежа |
||||
ние |
аварии. |
К ним относятся: |
храповые |
и |
фрикцион |
|||||
ные |
муфты, |
ограничивающие, передачу |
крутящих мо |
|||||||
ментов; |
предохранительные клапаны, |
ограничивающие |
||||||||
давления |
в |
системах; |
'биметаллические |
или |
|
плавкие |
||||
предохранители, |
ограничивающие силу |
тока |
в |
цепях, |
||||||
и др. Иногда системы автоматической защиты снабжа
ют |
системами автоматической сигнализации, |
информи |
||||
рующими |
оператора |
о |
срабатывании |
защитных |
||
устройств. |
|
|
|
|
|
|
С и с т е м ы а в т о м а т и ч е с к о г о |
б л о к и р о в а |
|||||
н и я |
также |
шодят составной частью в автоматизиро |
||||
ванную систему управления. |
Они предотвращают не |
|||||
правильные |
действия |
оператора (блокировка |
механиз- |
|||
2* |
19 |