книги из ГПНТБ / Настенко Н.Н. Системы автоматического регулирования зерноуборочных комбайнов

исполнительный механизм астатического регулятора. Подобный способ формирования законов регулирования является наиболее простым для практической реализации в регуляторах загрузки (см. § 7).

В этом случае закон регулирования, осуществляемый с по­ мощью корректирующей обратной связи, описывается уравнением линейного исполнительного механизма с обратной связью. Урав­ нения обратных связей и соответствующие им законы регулиро­ вания приведены в табл. 3.

Коэффициенты уравнения корректирующей обратной связи имеют следующие значения:

В комбинированной САР цепь регулирования по отклонению представляет собой одноконтурную астатическую САР, описы­ ваемую системой уравнений (56) с оптимальными значениями ос­ новных параметров. Влияние различных законов (П, ПД, ПИД) регулирования в цепи возмущения на динамические качества ком­ бинированной системы изучалось при значениях параметров цепи возмущения, приведенных в табл. 4.

Характеристика внешнего возмущения. Исследования на мо­ дели проводили при типовых (скачкообразном, импульсном, гар­ моническом) и случайном (задававшемся в виде реализации слу­ чайной функции) внешних возмущениях.

Максимальное значение постоянного внешнего возмущения определяли исходя из наиболее характерного для условий работы объекта коэффициента вариации внешнего возмущения, равного примерно 25% [6, 17]. Отсюда по правилу трех сигм AQ m a x = = ±0,75Q c p . Это значит, что в 99,7% всех возможных случаев

90

91

наибольшее отклонение урожайности хлебной массы на поле от среднего значения выражается указанным соотношением. Тогда,

Рис. 31. Реализация случайной функции внешнего возмущения САР загрузки (а) и ее корреляционная функция (б)

Центрированная реализация случайной функции внешнего возмущения, которая использовалась при статистических иссле­ дованиях САР загрузки, приведена на рис. 31, а. На рис. 31, б показана корреляционная функция R^Q (х) указанной реализа­ ции случайной функции. При использовании этих данных необ­ ходимо иметь в виду, что в качестве реализации случайного внеш­ него возмущения AQ (t) на рис. 31, а рассматривается осцилло­ грамма записи отклонений нижней ветви цепи плавающего транс­ портера ААт р (t), полученная при постоянной скорости комбайна.

Случайные функции изменений урожайности AQ (t) хлебной массы на поле и отклонений Ahrp (t) цепи плавающего транспор­ тера при постоянной скорости" комбайна различаются в основном тем, что на последнюю накладываются высокочастотные помехи, вызванные порционностью подачи хлебной массы транспортирую­ щими органами жатки. Однако поскольку датчик толщины слоя хлебной массы под цепями плавающего транспортера измеряет изменения подачи хлебной массы, отражающие изменения уро­ жайности с наложенной помехой, вносимой транспортирующими

92

органами жатки, то запись случайной функции отклонения цепи транспортера можно рассматривать как реализацию случайной функции внешнего возмущения на САР загрузки.

Располагая передаточной функцией транспортирующих орга­ нов жатки [см. выражение (36) ] и пользуясь известным преобра­ зованием стационарной случайной функции линейной системой 5длт р (to) = | W(ju>) |2 SAQ (со), где I W (/со) | — модуль частотной характеристики транспортирующих органов жатки, можно из

,и начальному состоянию системы соответствуют нулевые откло­ нения координат, то при введении в модель случайного внешнего возмущения, математическое ожидание которого соответствует установившемуся режиму, необходимо предварительно центриро­ вать реализацию случайной функции внешнего возмущения. Ма­ тематическое ожидание т (AQ) реализации случайной функции, подаваемой в модель, должно быть скомпенсировано и равняться нулю. Для этого нужно подсчитать аналитически по реализации случайной функции AQ (t) ее математическое ожидание т (AQ) и скомпенсировать его с помощью постоянного напряжения с обрат­ ным знаком, подаваемого совместно со случайной функцией AQ (t) на вход САР. Значение компенсирующего напряжения можно по­ добрать опытным путем.

Постоянная составляющая функции Q (t) будет скомпенсиро-

t

вана, если интегральная кривая | AQ (t) dt пересечет ось абсцисс

о

в начале и конце рассматриваемой реализации. Это оценивается визуально по изменению интегральной кривой на экране инди­ катора И-5 или осциллографа.

Аппаратура и приборы

Динамические качества САР загрузки методом моделирования исследовали на аналоговых машинах МПТ-9-2 и двух машинах МН-7, включенных в совместную работу.

Динамические качества одноконтурных астатической и стати­ ческой САР загрузки при типовых возмущениях исследовали на моделирующей машине МПТ-9-2. Операции суммирования, умно­ жения на масштабный коэффициент, интегрирования и инверти­ рования в машине МПТ-9-2 осуществлялись блоками операцион­ ных усилителей БОУ-ЗМ и БОУ-4М; погрешность выполнения этих операций по техническим данным не более 0,5%. Питание машины осуществлялось от сети напряжением 220 В через выпря­ митель и стабилизатор напряжения.

Нелинейности набирались с помощью нелинейных блоков БН-3 (диодных функциональных преобразователей). Погрешность вос-

93

дически проверялся и подстраивался нуль на выходе решающих усилителей. Для создания функции запаздывающего аргумента был применен блок постоянного запаздывания БПЗ .

Для ввода в машину МН-7 реализации случайной функции был использован универсальный функциональный преобразова­ тель ФП, разработанный на кафедре вычислительной техники Киевского политехнического института [23]. Функциональный преобразователь создан на базе осциллографа ЭО-7. Подлежащая

1

В схему на МН-7

Рис. 33. Блок-схема установки для моделирования САР загрузки на двух ана­ логовых машинах МН-7

воспроизведению зависимость (реализация случайной функции) задавалась профилем непрозрачной ширмы, устанавливаемой не­ посредственно перед экраном электроннолучевой трубки осцилло­ графа ЭО-7. Горизонтальная развертка луча (масштаб времени), обегающего заданную функциональную зависимость, осуществля­ лась от низкочастотного генератора периодических колебаний НГПК-ЗМ, работающего в режиме треугольного напряжения. При этом выходное напряжение функционального преобразователя, заданное профилем ширмы, повторялось с периодом, равным пе­ риоду развертки от генератора НГПК-ЗМ. Результаты исследо­ вания регистрировались осциллографом Н-700.

Составление блок-схем моделей САР загрузки и расчет коэффициентов передач

Блок-схема модели нелинейной астатической САР загрузки, описанной уравнениями (56), при решении на машине МПТ-9-2 приведена на рис. 34, а, а блок-схема модели статической САР за­ грузки, описанной уравнениями (57), — на рис. 34, б.

95

6)

Рис. 34. Блок-схемы моделей астатической (а) и статической (б) САР загрузки при исследовании на аналоговой машине МПТ-9-2

96

Решение проводилось в натуральном масштабе времени. Мас­ штабные коэффициенты для всех координат системы и внешнего возмущения были приняты равными единице, что позволило ма­ шинные значения координат исследуемой системы рассматривать непосредственно в их размерностях (без пересчета).

На рис. 35 приведена блок-схема модели нелинейной астати­ ческой САР загрузки с запаздыванием, описанной уравнениями (56), при исследовании на установке с двумя машинами МН-7.

Рассчитаем коэффициенты передач блок-схемы модели (рис. 35) по звеньям САР. Решение на машинах МН-7 проводилось

Решая уравнение относительно высшей производной находим

с учетом обеспечения наибольшего допустимого уровня напряже­ ния в модели:

kM = U hi = 0,2; kbi = 0,74; ka = 10; k u l = 1.

Ограничение координаты Av (нелинейность насыщения) осу­ ществлялось по схеме, показанной на блок-схеме модели звена / (рис. 35).

98

=1 ц/(га-В).

откуда

3 в е н о 5. Согласно принятому условию, это звено — безынер­ ционное.

Ah3 = k5 AM — Ay;

UAh3 — kmkioltlAM — &121 &101w At/',

Коэффициенты передач моделей для усилителей модели / / обозначены k'.

Выбираем масштаб переменных р Д Л =± р Д г / = 0,05 мм/В.