Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Фудим Е.В. Пневматическая вычислительная техника. Теория устройств и элементов

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

25.10.2023

Размер:

16.26 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910 / 5310 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

М Е Т О ДЫ РЕАЛИЗАЦИИ Б А З О В Ы Х ОПЕРАЦИЙ

[ГЛ. I I

Рис. 3.11. Схемы замещения устройства, содержащего соединенные общим штоком подвижные тела,

§ 3] ВЫПОЛНЕНИЕ ПРОСТЕЙШИХ ОПЕРАЦИЙ j j l

чувствительного элемента и штоком (рычагом), отражена трансформаторами с коэффициентами трансформации дав ления КРг i, определяемыми выражением (3.16). Последо вательное соединение вторичных цепей трансформаторов соответствует суммированию усилий на штоке (рычаге); сопротивления Дм а> Дни и С м 2 — суммарным механическим сопротивлениям всех чувствительных элементов, рассчи танным для /с-й камеры по формулам (3.13'). Необходимо особо отметить, что падение давления на конденсаторе С м а


пропорционально		перемещению		штока		и,		следователь
но,	представляет	перемещение		заслонки			в	устройствах
с переменным сопротивлением				типа		«сопло-заслонка».
Источник давления Арм н			замещает		силы			непневмати
ческого происхождения,			приложенные			к	штоку		(рыча
гу))	-flnm,i+i — проток газа из			одной		камеры в			другую.
В приведенной цепи i s равен току iak					механического про

исхождения в k-ю камеру, т. е. коэффициенты трансформа

ции для к-й. камеры равны: Кр>к	= 1 и Ki>k = 1.
Вариант схемы замещения	с трансформацией перепа

дов давлений на чувствительных элементах изображен на рис. 3.11, б.

На рис. 3.12 приведены схемы замещения для частных

случаев устройств с рядом непроточных (RBa	= оо) чув
ствительных элементов, соединенных общим	штоком или

рычагом. В этих схемах трансформатор с рядом обмоток

заменен	последовательным	соединением	источников
э.д.с. KPi	pi или сумматором	величин Кр1р\.	Суммарные

сопротивления /?м и, L M u и		C M S подвижных тел также рас
считываются для	площадей k-ж камеры, относительно
которой суммируются давления.
На рис. 3.12,	а — схема	замещения для частного слу

чая, когда вследствие малости постоянных времени можно пренебречь пневматическими инерционными звеньями на всех входах; на рис. 3.12, б — для частного случая, когда инерционное звено и изменение объема камеры при пе ремещении блока чувствительных элементов надо учиты

вать только для одного входа	(р„.);	па рис. 3.12, в —
когда инерционности надо учитывать на			ряде входов,
а влияние перемещения—только	на	одном	входе * ) .

*) Это достигается за счет большого отношения объемов камер к их изменениям при перемещении чувствительных элементов.

92	М Е Т О ДЫ	РЕАЛИЗАЦИИ Б А З О В Ы Х ОПЕРАЦИЙ [ГЛ. 11
	В рассмотренных выше управляющих узлах предпо
лагалось, что		каждое подвижное тело не подвержено

uMEl

4*^0 Ф

CD* Z; 7 ^

^pip'i

1фк

1 4

Рис. 3.12. Схемы замещения для частных случаев устройства с соединенными общим штоком подвижными телами.

деформации от перепада давлений на этом теле. В дейст вительности, наряду с общим током, обусловливаемым

§ !i) ПРЕРЫВИСТОЕ В Ы П О Л Н Е Н И Е ВАЗОВЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ 93

перемещение»! недефордшруемого жесткого центра, плеют место местные токи механического происхождения, опре деляемые деформацией отдельных частей чувствительных элементов. Так, часть мембраны между корпусом и жест ким центром деформируется (перемещается) в зависимо сти от перепада давлений в камерах с обеих сторон этой мембраны. Особенно большой местный емкостной ток бывает у вялых мембран с глубоким гофром, работающих при знакопеременных перепадах давлений; он имеет место при переходе перепада через нуль, когда гофр изменяет свою форму в процессе «прохлопывания». Чтобы учесть эти местные токи, следует в общем случае вместо i?unM+i ввести LRC-цепочку, учитывающую местные токи меха нического происхождения.

§ А. Метод прерывистого выполнения базовых вычислений

Ниже излагается способ прерывистого выполнения вычислений в пневматике, пригодный для любых приме няемых диапазонов давления ([129, 132, 133, 135]). Устра нение влияния переменных плотности частиц и скоростей истечения газа достигается в этом методе за счет отказа от использования течения газа для выполнения функцио нальных операций — всегда выжидается установившееся состояние газа в камерах как по скорости, так и по тем пературе; тот отрезок времени, когда происходит пере ток газа и достижение установившегося состояния газа, служит только переходным процессом, влияющим лишь на предельное быстродействие. Точность и параметры схем, построенных по этому методу, не зависят от опреде ляемых составом газа величин (плотности, вязкости) и от абсолютного значения температуры газа. Погреш ность метода довольно низка и определяется отклонением реального газа от идеального для применяемых диапазо нов давления (см. ниже).

1. Сущность метода и его преимущества. Естественно, что основу для построения преобразо

вателей параметров газа может составить некоторая од нозначная зависимость между этими параметрами. Такая зависимость — уравнение состояния идеального газа — известна, причем чрезвычайно важно, что в эту завися-

М Е Т О ДЫ РЕАЛИЗАЦИИ Б А З О В Ы Х ОПЕРАЦИЙ [ГЛ. i l

мость не входят никакие механические величины. Кроме того, существует очень простой элемент — пневмати ческая камера — техническое средство для взаимных преобразований параметров газа в соответствии с уравне нием состояния.

Класс преобразований, реализуемый таким способом, определяется набором операций, которые можно произ водить над камерами: сообщение камер между собой и с соответствующими линиями, изменение объема камер, давления и количества газа в них.

К,

Рг 1

< ^

< | > — ^ —

Рис. 4.1. Схема сумматора, иллюстрирующего метод прерывистого выполнения вычислений.

Очевидно, что такой метод выполнения преобразова ний может быть только прерывистым (по тактам) — опе рации решения и ввода входных величин в камеру чере дуются, поскольку исходное уравнение, а значит, про цедура решения, требует, чтобы камера была замкнута, а процедура введения входных величии требует подсое динения к источнику входного сигнала. В силу этого каж дый такт преобразования (вычисления) состоит из двух соответствующих подтактов, в течение одного из которых камера должна успеть заполниться газом до уровня вход ного давления и температуры, а в течение другого должно установиться результирующее давление такта (решение).

Для иллюстрации метода рассмотрим схему сумматора,

приведенную		на рис. 4 . 1 . Схема содержит две камеры
V± и 7 2 и Т Р И		контакта (клапана) — нормально			замкну
тые Кг	и К.г и нормально разомкнутый Ка.			Все	контакты
управляются		общим	сигналом pt так, что никогда не бы
вают	замкнуты все		одновременно — если	К1 и	К2 замк
нуты,	то К3	разомкнут, и наоборот.

§ 4] ПРЕРЫВИСТОЕ В Ы П О Л Н Е Н И Е Б А З О В Ы Х ВЫЧИСЛЕНИЙ 95

	При	замкнутых		контактах Кг			и К2	(pt =	0) в камере
Vx	устанавливается			давление	рг,	а в камере			V2 — давле
ние	р2.	Количества находящихся					в	них молекул		газа
равны		соответственно
			N	_ iiZi	N	_ M		i
	При	pt =	1 контакты Кг и Кг			размыкаются, а контакт
К3	соединяет		камеры между		собой. Образующаяся					каме
ра имеет объем V =				Vi + V2	и содержит количество мо
лекул газа N = N±				+ iV2 - В	соответствии с				уравнением

состояния абсолютное давление газа в образовавшейся

камере равно			(при	условии изотермичности				процесса)
	NkQ		Vi	- .		V»
Р = - у - =		' Vi + v, P l +			v 1	+ v. ^ 3 = k i p i + (4		— / C l ^ 2 -
Отсюда									(4.1)
			P =	AiPi	+	(1 - h)p2,			(4.2)

где	— коэффициент, настраиваемый емкостями Ух								и У2 -
Максимальная рабочая частота переключений кон
тактов	/ ш а х	определяется				постоянными	времени		Г У {
Апериодических			звеньев		«сопротивление		клапана		в от

крытом состоянии — емкость» и характеристиками источ

ника сигнала р,. Поскольку Ту		могут	быть сделаны
достаточно малыми,	/ т а х определяется		характеристи
ками генераторов pt	и линиями	связи.

Количество п управляющих импульсов — «время», в ко тором производятся вычисления. Это «время» дискретно; единицей его является один управляющий импульс pt. Оно не является естественным временем и не связано с ре альным временем t какой-либо определенной зависимо стью. Поэтому в устройствах, построенных по данному методу, всегда требуется генератор «времени» п = п (t), представляющий собой формирователь импульсов, обыч но простейший генератор прямоугольных импульсов.

Благодаря тому, что функция ?г (t) может быть лю бой, метод позволяет работать в любом «времени». При постоянной частоте поступления импульсов pt «время»


96	М Е Т О ДЫ Р Е А Л И З А Ц И И Б А З О В Ы Х		ОПЕРАЦИЙ [ГЛ. I I
равномерно		и отличается от реального	только дискретнос
тью. Однако		увеличением частоты оно может быть сделано

сколь угодно близким к нему. При переменной частоте поступления импульсов имеем неравномерное «время».

В зависимости от частоты может быть реализован как дискретный, так и с достаточным приближением непре рывный режим работы, т. е. метод представляет возмож ность без дополнительных устройств выполнять опера ции как дискретно, так и с требуемым приближением непрерывно во времени.

Чтобы остановить «время» (запомнить), достаточно прекратить подачу импульсов, при этом дополнительных устройств не требуется.

Особо важное значение имеет наличие нескольких управляемых величин — давления, объема, количества молекул газа, частоты (количества) прерываний. Это поз воляет:

— создавать и использовать элементы, входами и вы ходами которых может быть любая из переменных или их сочетание;

—выбирать для реализуемой операции координаты, оптимальные по технической реализации (например, ана логично тому, как для выполнения алгебраического сум мирования выбраны расходы, которые суммируются толь ко за счет соединения линиями источников расхода без специального сумматора);

—строить как чисто пневматические, так и некоторые комбинированные вычислительные устройства над пнев матическими, электрическими и др. величинами, реали зуемые благодаря дискретности амплитуды управляющего сигнала без применения непрерывных электропневмати

ческих и других преобразователей.
2. Основные приемы	метода.
П о о ч е р е д н о е	с о о б щ е н и е к а м е р ы		с
р а з н ы м и и с т о ч н и к а м и		д а в л е н и й .	Рас

смотрим устройство типа шагового искателя, в котором ка мера V поочередно соединяется с каждой из п линий.

Когда камера сообщается с £-й линией, количество молекул газа в ней

(4.3)

5 ' i l ПРЕРЫВИСТОЕ В Ы П О Л Н Е Н И Е Б А З О В Ы Х ВЫЧИСЛЕНИЙ 97

При	сообщении с (г + 1)-й			линией	количество мо
лекул газа в ней становится равным
		N{t +	l)~li*f.			(4.4)
Следовательно, в (i -f- 1)-ую				линию поступило		коли
чество	молекул	газа
	AN =	Л' (0 -N(i	+ 1) =	- L - { P i	_	( 4.5)

т. е. за один цикл обегаиия в каждую линию поступит порция газа, пропорциональная разности давлений в дан ной линии и в линии, предшествующей по очередности соединения с камерой.

При частоте / обегаиия осредненный в реальном вре мени расход газа в каждую линию определится выраже нием

		d N	V f I	\		I I R\
В	частном случае,		при наличии только двух			линий,
получается		линейное пневматическое сопротивление (§ 8)
с прерывистым (порционным)				расходом.
К о м м у т и р о в а н и е				к а м е р	м е ж д у	с о
б о й .	При	соединении (рассоединении)			камер	между

собой реализуется суммирование (вычитание) их объемов и количеств газа, причем эта аналоговая операция выпол няется без специальных суммирующих устройств и без погрешности.

В простейшем случае сообщение (разобщение) камер между собой может быть использовано для суммирования дискретных сигналов с учетом «веса» каждого сигнала, применяемого, например, при цифроаналоговых преобра зованиях. При этом преобразователь содержит ряд камер Vi, подсоединенных к общей линии через контакты Kt, состояние которых определяется дискретными сигналами

Dt.	Если		объем,	давление или	количество газа			камеры
Vt	пропорционален «весу» сигнала Dit					то	объем,	давление
или количество газа присоединенной						к общей линии			сум
марной		камеры		определяются	выражениями:
		71		11	•		71
	Vs =	2	ViDu	ps = 4 - S P i A .		=	2 NiDu		(4.7)
		i=l		i = l			i = l

4 E . В. Фудим

98 М Е Т О Д Ы Р Е А Л И З А Ц И И Б А З О В Ы Х О П Е Р А Ц И Й [ Г Л . I I

т. е. У Е ,	ps, / V B являются	аналоговыми эквивалентами чис
ла, заданного набором двоичных сигналов Г>г.
Если	имеется п камер	каждая из которых заполне

на газом с абсолютным давлением р г , то после сообщения /

камер	между		собой	установится			давление
psi =	/сВ ^	=	&6		= 2 -	А	- р { = р 0 + 2	(4.8)
			2 * 1		FEL	2п
					FEL
			i = i			i = i
При / = п выполняется операция пассивного сумми
рования		(kt <	1):		71
					71
				p°s = 2		k,pl		(4.8')

Если давления p t могут принимать только одно из двух значений (минимальное рт\п или максимальное pm ax)» то в зависимости от величин Vt можно реализовать любую ступенчатую функцию рв (t). Объем камеры V;, которая присоединяется в j-я момент времени для обеспечения давления ps;-, определяется из уравнения (4.8):

ГДе

Pj = Р т а х При

Pzj

Psj-l',

Pj = Pmln При Pzj

<Р Е . - 1 -

И з м е н е н и е к о л и ч е с т в а г а з а в к а м е - р е. При впрыскивании в камеру газа осуществляется суммирование находящегося в камере и впрыскиваемого количеств газа. Эта операция дает возможность суммиро

вать количества			газа	с	преобразованием в			давление.
Результатом		суммирования				является	давление	в камере
V0,	равное	в соответствии				с уравнением состояния:
						71
			р =	р 0 +		^-^Ми		(4,10)
						i = i
где N{ — передаваемые количества газа (с учетом знака);
р 0	— начальное		давление		в	камере	V0.

§ 4] ПРЕРЫВИСТОЕ В Ы П О Л Н Е Н И Е Б А З О В Ы Х ВЫЧИСЛЕНИЙ 99

И з м е н е н и е

о б ъ е м а

к а м е р ы .

Данная

опе

рация приводит к передаче количества газа. В общем

случае, когда сначала камера сообщается с линией с дав

лением рх

при объеме

и затем cj

линией

с давлением

р2 при объеме V2, во вторую

линию

(при условии

изо-

термичности процесса) передается количество газа, рав

ное

A - iptVt

plVl)

( р , -

P l

(р2-

KPl).

(4.11)

частном

случае, для

замкнутой

камеры

(AN

= 0)

Р»

KPt*

(4.12)

т. е.

абсолютное

давление

умножается

на

постоянный

коэффициент

— VJV2

(0 <С К <

оо).

Если начальная или конечная величина

объема

(Vx

или V2) равна нулю, то согласно уравнению (4.11)

выпол

няются соответственно операции введения в линию коли

чества

газа, не

зависящего

от

давления

этой

линии,

и операция отведения количества газа, пропорциональ

ного

абсолютному

давлению

данной

линии:

И з м е н е н и е

д а в л е н и я

з а м к н у т о й

к а м е р е .

Скачкообразное

изменение давления осущест

вляется в пневматических камерах со стенкой с нулевой

жесткостью. Реализуемая при этом зависимость имеет

вид:

Уа

У ! - § - ,

(4.13)

т. е. осуществляется преобразование в объем камеры част

ного двух

абсолютных давлений. Здесь F x

и V2,

ргя

р2 —

начальная

и конечная

величины соответственно

объема

абсолютного

давления

в камере.

Х р а н е н и е к о л и ч е с т в а

г а з а

п р и з а

п о м и н а н и и .

Запоминание

количества

газа

вместо

давления позволяет улучшить элемент памяти аналого вого сигнала, поскольку возможно хранение при любом удобном давлении, и следовательно, резкое уменьшение возможных утечек газа. Существенным преимуществом

А*

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910 / 5310 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ