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

ГЛАВА I I I

ЭЛЕМЕНТЫ ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

§ 6. Пневматические усилители

Под усилителем давления будем понимать устройство, которое в разомкнутом состоянии *) умножает входное давление на коэффициент Ку^>1, называемый коэффи­ циентом усиления усилителя:

давлений.

Пневматические усилители строятся из каскадов уси­ ления давления и усиления мощности (снижения выход­ ного сопротивления усилителя). В системах АУС [21] и УСЭППА 124] применяется один каскад усиления по дав­ лению; коэффициент усиления по давлению усилителя мощности равен единице. В системе 04 [110] использовались

*) Для усилителей, которые не могут работать в разомкнутом состоянии, так как в них жестко введена отрицательная обратная связь, PgX — изменение алгебраической суммы давлений на входе, вызывающее изменение выходного давления на р т а х . Для повторите­ ля П-1010, например, определить Ку можно посредством изменения

усилителях с чувствительными элементами каскад уси­ ления давления состоит из преобразователя давлений на входе в перемещение и преобразователя перемещения в выходное давление.

В качестве преобразователей давления в перемещение используются управляющие узлы — узлы с чувствитель­ ными элементами, выходом которых служит перемещение

трального положения (положительное направление от­ счета h соответствует уменьшению выходного давления, в частности, при наличии в усилителе исполнительного узла с одним переменным дросселем на линии сброса поло­ жительное направление отсчета h соответствует увели­ чению зазора в дросселе); т — число входов, положитель­

ложения управляющего и исполнительного узлов; Aht — отклонение мембраны от нейтрального положения, опре­ деляемое неточностью изготовления; Sqi — эффективная площадь мембраны; Gh — составляющая веса управляю­ щего узла в направлении h.

*) Рычагу соответствует угол поворота, однако вследствие его малости он с достаточной точностью может быть заменен переме­ щением.

**) В рычажных конструкциях cj представляет собой жесткость по давлению, включающую в себя длину плеча.

5*

узла с одним переменным дросселем через выходное дав­

Используя (6.3) и учитывая воздействие сопла введением

*) Эта величина превышает действительную, поскольку давле­ ние под заслонкой не равно давлению в сопле, как это принято, а имеет некоторое промежуточное значение между давлением в сопле и в камере.

ной связью, так как это единственный способ, позволяющий практически исключить влияние нестабильности коэф­ фициента усиления усилителя на точность устройств — их погрешность при этом определяется только парамет­ рами цепи обратной связи и входной цепи.

Чтобы показать это, рассмотрим схему рис. 6.2, со­ держащую усилитель 3, входную цепь 1 и цепь обратной связи 2. Если передаточные функции цепей 1 и 2 соответ­ ственно равны Кг (s) и К2 (s), то уравнение замкнутой си-

*) Едииственпое прпменеппе усилителя без обратпой связи — в качестве элементов сравнения, когда выход усилителя дискрет­ ный и от коэффициента усиления требуется только, чтобы он пре­ вышал некоторое минимальное значение.

стемы в операторной форме будет иметь вид:

т. е. при большом Ку уравнение замкнутой системы вооб­ ще не содержит KY (s) и поэтому нестабильность i f у не ска­ зывается на выходном сигнале.

Абсолютная и относительная погрешности при поль­ зовании уравнением (6.10) равны соответственно

Таким образом, пневматические усилители должны иметь высокий коэффициент усиления в разомкнутом со­ стоянии, и даже в тех случаях, когда требуется усилитель с низким коэф­ фициентом усиления, приходится применять усилитель с высоким Ку, охваченный отрицательной обратной связью. Отрицательная обратная связь и входной сигнал могут вво­ диться либо через пассивные цепи, либо непосредственно на входы уси­ лителя (при этом полное сопротив­ ление этих цепейпренебрежимомало).

Последний вариант используется в повторителях П-1010, П-1053, П-1100, П-1018, сумматоре П-1062 и также

почти во всех устройствах неэлемеитного способа построе­ ния.

давления (рис. 6.3). Основной причиной ошибки совре­ менных пневматических усилителей является неполная уравновешенность управляющего узла при рвх = 0. Эта

136 ЭЛЕМЕНТЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ Т Е Х Н И К И [ГЛ. I I I

неуравновешенность может быть охарактеризована дейст­ вием науправляющий узел некоторой разности давленийрд , которая для известных усилителей имеет порядок милли­ метра ртутного столба. Значит, даже при коэффициенте уси­

2а 0 . Это давление характеризует коэффициент усиления. Из приве­ денного выражения видно, что р° может быть малым только при р 2 а о / р д ^> 1, т. е. при очень малых А"у. Так, для ошибки в 0,01 рабо­ чего диапазона требуется иметь p2a„ сх. Ю0'рд 100 мм рт. ст.; при этом Ку < 10.

столба. Такая величина приемлема для ряда схем. Она в

среднего значения, дрейф — влияние отклонения всех вели­ чин со временем. Постоянная составляющая вместе с пере­ менной составляющей образуют статическую погрешность.

Перечислим источники ошибки и изменений Ку.

1.В процессе перемещения чувствительные элементы, изменяя свою форму, меняют свои эффективные площади

ижесткость [7, 11, 22, 115, 157].

2.При наличии нескольких чувствительных элемен­ тов отношение их эффективных площадей отклонено от требуемого за счет неточности изготовления.

3.Изменение давлений, особенно вызывающее смену знака перепада давлений на плоских гибких мембранах, приводит к отклонениям формы, а следовательно, и эффек­ тивной площади и жесткости мембран.

4.Неточность настройки.

5.Изменение величин а0 и к с давлением р° и атмосфер­ ным давлением р а т м вследствие нелинейности сопротивле­ ний.

6.Изменение со временем (старение мембран, засоре­ ние сопротивлений, изменение температуры) всех парамет­ ров, включая давление питания.

Ошибку вызывают также:

—сопло, уменьшающее одну из эффективных площа­ дей и создающее^усилие по площади сопла, отличное от усилия, которое создавалось бы давлением при отсутствии сопла;

—погрешности изготовления и вес, обусловливающие

AFBX ф 0.

Коэффициент усиления и погрешность — основные па­ раметры, характеризующие усилитель в статике. От коэф­ фициента усиления требуется, чтобы он был достаточно большим; погрешность должна быть по возможности меньшей.

Для получения высоких коэффициентов усиления уси­ лителя необходимо увеличивать коэффициенты усиления Ку.у и Ки.у управляющего и исполиительиого узлов и уменьшать коэффициент отрицательной обратной связи.

Уменьшение ошибки р°л требует стабильности харак­ теристик всех элементов и параметров усилителя и высо­ кой точности его изготовления и настройки*).

Эти требования почти всегда противоречат одни дру­ гим либо ведут к существенным ухудшениям других по­ казателей (динамики, стоимости, габаритов).

2. Однокаскадные усилители. Простейшим как по схеме, так и по функциям пневматическим усилителем яв­ ляется однокаскадный повторитель, часто называемый «следящей камерой» (рис. 6,5, а). В системе УСЭППА это элемент П-1010. Он содержит только один чувствительный элемент, имеет низкую мощность выходного сигнала и мо­ жет быть использован**) только в качестве детектирующего элемента при высоком сопротивлеиии нагрузки. Его ко­ эффициент усиления в разомкнутом состоянии, рассчитан­ ный по Ртах ~ 0,4 кгс/см2, равен примерно 300, а стати­ ческая погрешность без учета нестабильности, т. е. сразу после наладки, превышает 1—2 мм рт. ст.

Что же касается однокаскадных усилителей с большим числом входов, то они имеют еще в несколько раз меньший коэффициент усиления в разомкнутом состоянии и боль­ шую ошибку, так как содержат несколько чувствительных элементов.

Некоторые схемы однокаскадных усилителей, пред­ назначенных для умножения на постоянный ненастраиваемый коэффициент, приведены на рис. 6.5, б — е. Коэффици­ ент передачи, отличный от единицы, осуществляется за

*) Возможна автоматическая компенсация дрейфа [36].

**) Введение пружин позволяет использовать в качестве повторителя со сдвигом, умножать давление, отсчитанное от зада­ ваемого пружипой уровня, на коэффициент Ку ^ 1-