книги из ГПНТБ / Петров В.В. Приборные сервомеханизмы летательных аппаратов. Динамика сервомеханизмов при наличии сухого трения и запаздывания

относительная

Нечувствительность системы в прямой цепи усиления сигнала

Для обеспечения высокой точности измерения рас­ сматриваемая система должна содержать исполнитель­ ный электродвигатель большой мощности (с большим движущим моментом).

Погрешность измерения выходной величины состав­ ляет

Пример 3. Приборный сервомеханизм автоматическо­ го приборного устройства для измерения числа М, в ко­ тором усилия, развиваемые чувствительными элемента­ ми прямой и обратной цепей усиления, лежат в парал­ лельных плоскостях (Англия, патент № 850369).

Принципиальная схема сервомеханизма АПУ приве­ дена на рис. 3. 36. Подвижная плата 21 может повора­ чиваться вокруг оси 33 и приводится в движение от ва­ ла 36, положение которого строго фиксировано в кор­ пусе прибора. Электродвигатель 35 приводит в движение .вал 36 и через редуктор щетку 24 потенцио­ метра 26, имеющего обмотку 25. Напряжение по­ стоянного тока от источника тока 30 прикладывается к обмотке потенциометра 25 и на выходе системы определяется измерителем 27. Вторая подвижная плата 17 может вращаться относительно шарнира 18 в плоскости, параллельной плоскости вращения платы 21 и отнесен­ ной от нее на некоторое расстояние, определяемое дли­ ной стойки 19. На плате 17 укреплен валик 16, повора-

150

чивающийся относительно продольной оси 13, парал­ лельной осям 18—20 и 33. Расстояние оси 13 от попереч­ ной оси стойки 19 равно расстоянию поперечной оси ва-

Рис. 3. 36. Принципиальная схема сервомеханизма АПУ изме­ рения числа Маха

ла 36 до оси стойки 19. При действии усилий, развивае­ мых чувствительными элементами 10 и 3, происходит поворот подвижной платы 17 вокруг оси 13. Чувстви­ тельные элементы 10 и 3 прикреплены к основанию кор­ пуса в точках 9 и 5. Оси тяг чувствительных элементов

151

12 и 1 направлены радиально к оси 33 и образуют друг с другом угол а. Радиальные тяги чувствительных эле­ ментов 14 и 2 связаны с помощью шарниров 15 и 39, установленных на плате 38. Эта плата в свою очередь может поворачиваться относительно платы 17 (вокруг оси 13). Шарниры 15 и 39 образуют с валиком 16 также угол а. Тяги 14 и 2 соединены жестко с чувствительными элементами, так как изменение положения этих тяг весь­ ма незначительно. Трубопроводы 11 и 4 служат для по­ дачи давлений к чувствительным элементам.

На рис. 3. 36 показан передний вид плат 17 и 21 с релейно-контактным устройством. Релейно-контактное устройство срабатывает при повороте как платы 17, так и 20. Два крайних контакта реле 8 и 6 находятся на по­ движной плате 21, а средний контакт 7 — на плате 17.

изменяющей положение относительно платы 21.

Если подвижная плата 21 находится в нормальном положении, то контакты реле разомкнуты. При замыка­ нии контакта 7 с контактом 8 или 6 происходит включе­ ние электродвигателя 35 до наступления состояния рав­ новесия. В состоянии равновесия контакт 7 разомкнет­ ся с контактом 8 или 6.

Зазор между контактами релейно-контактного устройства может быть выполнен очень малым. Напри­ мер, когда реле выключено, зазор между средним кон­ тактом и другим крайним (разомкнутым) контактом ре­ ле составляет примерно 0,0025 см. Максимальное откло­ нение платы со средним контактом в любом направлении не превышает 0,00125 см.

На рис. 3. 36 иллюстрируется положение устройства, соответствующее наличию двух усилий в тягах F\ и F2, развиваемых чувствительными элементами 10 и 3 соот­ ветственно. Каждое из усилий пропорционально давле­ нию, воспринимаемому чувствительным элементом. По­ ложение подвижной платы 21 определяется углом ß (между вектором F2 и F, где F — суммарный вектор усилий Fi и F2). Э тот угол указывает положение резуль­

тирующей силы F и может быть определен с помощью измерителя 27.

Изменение угла ß в приборе связано с изменением угла а и действующими усилиями Fі и F2 следующей за­ висимостью:

152

Из (3. 319) следует, что

Если чувствительный элемент 10 воспринимает пол­ ное давление ро, а чувствительный элемент 31 — стати­ ческое давление р, то имеем

где

т5ч.Э1

5ч .э2

Если учесть, что зависимость числа М от отношения измеряемых давлений имеет вид

с—1

(3. 322)

где с= 1,4, то можем записать

m.= 0,5 и а=120°, зависимость ß—/(М) линейная в пре­

На рис. 3. 38 изображена конструкция прибора, не­ сколько отличная от рассмотренной выше. В этом при­ боре стойка 17 несколько видоизменена: чувствительный

поворачиваться вокруг оси 16 и приводиться во враще­ ние от электродвигателя. Контакты 8 и 6 релейно-кон­

153

тактного устройства помещены на стойке 5, а средний контакт 7 перемещается в зависимости от действующих Л II ,F2.

Принцип действия конст­ рукции, изображенной на рис. 3.38, аналогичен рас­ смотренной в примере 1 (см.

рис. 3.9), поэтому вопросы компенсации сил сухого трения в ней рассматриваться не будут.

Структурная схема сервомеханизма АПУ, изображен­ ного на рис. 3. 36, приведена на рис. 3. 39. Условие рав­ новесия сервомеханизма

Перемещения чувствительных элементов при наруше­ нии равновесия можно привести к перемещению подвиж-

Рнс. 3. 39. Структурная схема сервомеханизма АПУ

154

^чЗІ

Уравнения движения системы согласно уравнениям (3. 35), (3. 325) и (3. 326) имеют вид

(7>а + Я/0 <р= £Фт(а);

155

Угол ß=ycp, а угол а будем считать неизменяющимся. Тогда согласно уравнениям (3. 325) и (3. 327) урав­ нения движения без застоев чувствительного элемента, вызываемых силами сухого трения, имеют вид

{Tp2-]-Rp) = k<l\ (а);

'ß

Вбезразмерных величинах эти уравнения примут вид (3.44), если положить ßTx = 0. При этом параметры системы в безразмерных величинах будут

156

что в относительных и безразмерных величинах соста­ вит соответственно

157

Зона нечувствительности

=0,9-1,35 — ln 11 —0,4 -1-0,9 ■1,351+ 0,6 -

-0 ,2 5 + 0,3— 1,35 + 1 = 1,0. Амплитуда колебаний в размерных величинах

1 5 8

Погрешность системы от полного входного сигнала

Рис. 3.40. Принципиальная схема сервомеханизма АПУ измерения отношения давлений

колебаний несколько увеличивается. При наличии сил трения по перемещению (см. уравнения (3.328)] колеба­ ния смещаются относительно первоначальной точки на­ стройки прибора.

Пример 4. Приборный сервомеханизм автоматиче­ ского приборного устройства для измерения отношения давлений, имеющего компенсацию гистерезиса чувстви­ тельных элементов (Англия, патент № 808886).

Принципиальная схема приборного сервомеханизма устройства для измерения отношения давлений показа­ на на рис. 3. 40. Сервомеханизм работает в режиме сле­ жения. Корпус 31 имеет две неподвижные платы 24 и 44, жестко соединенные друг с другой стойками 7. Меж­ ду платами 24 и 44 расположена подвижная плата 40.

159