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 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 3334 / 5334 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 > Следующая >>>

330 ПОСТРОЕНИЕ П Н Е В М А Т И Ч Е С К И Х УСТРОЙСТВ [ГЛ. I V

С т р у к т у р а с о б р а т н о й с в я з ь ю п о в е л и ч и н е о б ъ е м а . Рассматриваемая структура основана на изменении усилителем объема таким образом,

чтобы давление на входе усилителя

стремилось

(рис.

12.29, а).

Если

объем V

является

некоторой

моно

тонной функцией х

уравнение

усилителя

то

х =

Ку

(pz

— р0),

V = V0 +

K7(ps-p0).

Используя

выражение

(7.7)

для тока £2 камеры

для

узла 2

имеем:

dPi

h — kQ

^Ps

Р°

dPx

y dt

s dt

откуда при Ky оо

dpjdt—. 0,

Тогда в пределе

p±dV_ kQ dt

и изменение количества газа в камере V

AN. = ^ i 2 dt = kQ

где ANX — количество поступившего с входа газа.

пит Ртх

"6	it
а)

P i : c . 12.29. Схема с обратной связью по величине объема (а) и ее частные'случаи с конденсатором с вялой мембраной (б, в).

Таким образом, изменение объема V пропорционально количеству поступившего газа из входной линии.

Частным случаем этой структуры является структура с конденсатором в цепи обратной связи по давлению. Она позволяет получить выход в виде давления при линейном конденсаторе.

ОСНОВНЫЕ С Т Р У К Т У Р Ы	331
Другой реализацией этой структуры является	емкость

с вялой мембраной (рис. 12.29, б), которая совмещает в себе оба элемента и представляет собой усилитель пря мого действия с выходом «емкость», или конденсатор с бес конечной емкостью. Выходом этой емкости может служить только количество газа в ее полостях, которое считывается довольно точно и сравнительно просто дискретно во

времени по		структуре V - l r — при прекращении тока ix
и подаче вместо р0			давления p n m / > p^f*		утл-л д
весь газ NBbl7i		из токовой камеры (выход)			[
вытесняется в требуемую линию с лю
бым	давлением		рабочего	диапазона
(рис. 12.29, в).
Начальное количество газа в емко
сти	N„ =	V0p0/kQ	является	уровнем

отсчета	выхода i V B b I x . Если V0 равно по-	Р и с . 1 2	. 3 0 .	схема с
ловине	объема обеих полостей, то коли-	глубокой		обратной
	'	связью	по	зффектив-

чества газа в полостях, отсчитанные от		НОЙ площади	мем-
NH, равны по	величине и имеют про-	браны.	А г
тивоположные	знаки. Это позволяет снимать один		вы

ход с любым знаком или два выхода с разными знаками, если используется газ из обеих полостей.

Введение		уровня	отсчета i V H реализуемо	с	помощью
второй	емкости с вялой мембраной и контакта				с входом
р н . Эта	же	емкость	позволяет осуществить	преобразова

ние количества газа в давление.

Использовать выходное количество газа, т. е. снять выход, проще, если уровень отсчета NB = 0. Последнее, однако, возможно только при работе со знакопостоян ными сигналами.

Наиболее эффективно использование структуры с ем костью с вялой мембраной в схемах с малой долей пре образователей количества газа в давление, например, в линии задержки, содержащей один (выходной) преобра зователь N-*- р на ряд емкостей с вялой мембраной, или в интеграторе знакопостоянных сигналов, вообще не


требующего	преобразователя.
О б р а т н а я		с в я з ь	п о	э ф ф е к т и в н о й
п л о щ а д и	м е м б р а н ы .		Эта	структура [39] осно

вана на применении мембран, эффективная площадь которых изменяется с перемещением (рис. 12.30). Значи тельное изменение эффективной площади S достигается

332

ПОСТРОЕНИЕ П Н Е В М А Т И Ч Е С К И Х УСТРОЙСТВ

[ГЛ. I V

при больших перемещениях (до 10 мм) за счет приме нения эластичных мембран с глубоким гофром со специ альной формой шайб жесткого центра и корпуса.

Если уравнение усилителя совместно с преобразова телем h-*- S записать в функции входных усилий F и FQ:

S (h) = Ky(F- FQ),

то, подставляя вместо усилий, действующих на мембраны 1 и 2, произведения их эффективной площади на давление, получим:

		S(h) = Ky[pS		(h)-p0S0],
откуда при	К7	-*- со
		S(h)^S0^.
Здесь iS'0 = const — эффективная				площадь	мембраны 2, не
зависящая	от	перемещения	h.
Считывание		выхода (S (h)	и	h) может	производиться

либо посредством отслеживания при наличии узла, со

держащего			мембрану	с	аналогичной	характеристикой
S	= S	(h)	(структура V - 1 B ) , либо дискретно				во	времени
по	структуре V - l r при				запоминании	перемещения h и
подведении			требуемых	давлений.
	Принципиальными недостатками такой структуры яв
ляются		оперирование		с	большими	перемещениями * ) ,
приводящими к снижению быстродействия и							надежности
и увеличению габаритов, и характеристиками							S =	S	(h),
требуемая			стабильность и воспроизводимость				которых		не
могут быть обеспечены				приемлемыми		средствами.

Не исключено, однако, что структура с обратной связью по эффективной площади все-таки найдет приме нение в емкостных элементах, у которых большие переме


щения приемлемы и используются для изменения				объема.
С т р у к т у р ы		с о б р а т н о й	с в я з ь ю		п о
в р е м е н и .	Время	является специфическим		парамет
ром — оно не имеет		ограничения и может беспредельно
увеличиваться,	его изменения всегда		положительны.

*) Определенное уменьшение хода осуществимо посредством формирования обратной связи по двум каналам, т. е. одновремен ного изменения в зависимости от h двух эффективных площадей. Этот эффект, но при перемещении вручную использовался в работе

[111].

ОСНОВНЫЕ С Т Р У К Т У Р Ы	333
В вычислительных устройствах используют	реальное

непрерывное время и дискретное время, представляемое количеством импульсов. Параметр «реальное время» чаще всего представляют дискретным сигналом с соответству ющей длительностью. Поскольку собственно время по ложительно, а работа схем требует разных знаков сиг нала обратной связи, то в канале обратной связи обяза тельно наличие входов разных знаков. Условный знак

времени моделируется	амплитудой дискретного сигнала
р у , представляющего	время.

В схемах с обратной связью по времени применяемые цепи обязательно реализуют зависимости, которые пред ставляют собой функции времени, а в каналах обратной связи имеются элементы, воспринимающие сигналы вре мени (контакты, переключатели).

Поскольку выход усилителя — время — может до стигать требуемого значения лишь за определенное время, то компенсация осуществляется только в дискретные мо менты времени и, следовательно, работа схем с обратной связью по времени носит периодический характер. На выходе усилителя чередуются положительные и отрица тельные сигналы времени, т. е. имеют место прямоуголь ные колебания давления. Синхронные колебания имеют место на входе усилителя; форма этих колебаний опреде ляется оператором цепи, подсоединенной к входу ps. Каждый период содержит два полупериода, причем для вычисления могут использоваться один или оба полу периода. В случае выполнения вычисления за один по лупериод второй служит для введения начальных условий.

Из рассмотренного можно легко усмотреть, что схемы с обратной связью по времени позволяют осуществлять периодически (дискретно) во времени следующие классы операций:

1) вычисления и преобразования с выходом «время», которое может сниматься в виде дискретного сигнала дли тельностью t, количества импульсов, скважности, пери

ода импульсов или		частоты;
2)	генерирование	колебаний заданной формы на
входе	р в ;
3)	генерирование прямоугольных колебаний на выходе

усилителя.

334	П О С Т Р О Е Н И Е П Н Е В М А Т И Ч Е С К И Х	У С Т Р О Й С Т В	[ Г Л . I V
На	рис. 12.31,. а приведена одна	из простейших схем

с обратной связью по времени. Для вычисления — реше ния уравнения апериодического звена — используется один полупериод, во время которого контакт Кг замкнут,

Рпс. 12.31. Простейшие схемы с обратной связью по времени (а, б) и цикло грамма их работы (в).

а К2 — разомкнут. Во втором полупериоде с помощью входа р н , имеющего знак, противоположный знаку p j , вводится начальное условие ра = рн. Длительность нера бочего полупериода определяется импульсатором.

Поскольку проводимость контакта несоизмеримо боль

ше проводимости а сопротивления апериодического

звена,

о о

•

то в целях упрощения поль

Ин

зуются схемой без

контакта

Цепь

/и

Кх — рис.

12.31,

б.

tlinnutmnnnutto

У i

Если

— длительность

tpUpwUflUUUnUjf

ГЦ

выходного

сигнала

—

функции

0,,

времени

длительность сигнала на вы

РИС. 12.32. Схема'с обратной связью

ходе импульсатора,

Т — пе

по времени с произвольной цепью в

риод работы

схемы,

то

прямом канале.

t +

ty.

Для уменьшения периода Т вычисления

время

предельно

уменьшают.

При t =

const

выходом

схемы может быть период Т

1 "

•

или частота / = —^ = 1/(г -f- ty)

колебаний (здесь t7

ОСНОВНЫЕ С Т Р У К Т У Р Ы

335

играет роль			уровня	отсчета	периода), или		скважность
7! =	t/(t +	ty),	у2 = ty/{t +		ty).
Несколько более общая структура, содержащая про
извольную		цепь формирования				функции t,	показана на
				-Рн
	Нет					Цепь
	функции,					форшробаиия
Pi	функции,			Руп	Pt	Функции
Pi	бремени		> П-1	Руп	Pt	Времени
			> П-1	Руп-1
			1Роп-1
			ч>	Рц1
			Ж/
			Ш
Рис.	12.33. Схема с обратной)			связью по времени с многими выходами (а) и
	ее частная схема сдвумя выходами по одной линии (б).д

рис. 12.32. В общем случае возможны схемы с п входами

и разными операторами по	этим входам.
Изменение давления р%	во времени	представляет

собой монотонную функцию внутри каждого полупериода, в связи с чем возможно получение нескольких выходов,

т. е. выполнение за один пе-

„ а

" Рг

риод нескольких вычислений

при разных уровнях отсчета

Цепь

формирования

poi.

такой

схеме

(рис.

функции

Ря

12.33,а)

введение

начальных

Времени

условий производится по вы

Рис. 12.34. Схема с обратной связью

ходу

Руп,

соответствующему

по времени с задаваемым

извне пе

максимальному

времени.

риодом вычисления.

Частная схема

одним

уси

лителем

двумя

выходами

(по одной линии ру)

приве

дена на рис. 12.33, б.

Структура с периодом вычисления Т,

формируемым

внешним

сигналом рт,

изображена

на рис.

12.34. Если

Т = const, то наряду с временем выходом

схемы

может

быть

скважность

V =

tIT,

где

Т >

336 ПОСТРОЕНИИ П Н Е В М А Т И Ч Е С К И Х УСТРОЙСТВ [ГЛ.ЦГУ

Т =	const реализуемо также с помощью схемы по рис.
12.33, а	при р0п = const.
В структуре, приведенной на рис. 12.35, рабочими
являются оба полупериода 10 и tx.				При этом конечные дав
ления в полупериодах,		при которых				достигается компен-
		сация на входе усилителя, яв
		ляются		начальными				условиями
			Рн, 1 =			Ро2>	Рп,2	~	Рв).
		и, следовательно, переключени
		ем уровней				отсчета достигается
		введение			начальных				условий.
		Входы р х			и рг		обоих	полупери-
связью по времени с обоими ра-		одов имеют разные						знаки по
бочими	полупериодами.	отношению				к	уровням		отсчета

		Poi	и	p0i.
Частными случаями данной структуры являются ге
нераторы прямоугольных			импульсов,				рассмотренные
в § 9, и	генераторы пилообразных			импульсов,				у	которых

в целях обеспечения линейности изменения давления внутри полупериодов цепь формирования функции времени выполняется линейными развертывающими системами (см. схему рис. 13.13 —13.23, в которых кривая давле ния в камерах имеет симметричную или несимметричную пилообразную форму).

Пример	с х е м ы	с о б р а т н о й	с в я з ь ю	п о
ц и ф р о в о м у		м н о ж и т е л ю	дан в § 13	(см.
рис. 13.44	и 13.45).

ГЛАВА V

ТИПОВЫЕ ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

В этой главе рассматриваются схемы вычислительных звеньев, построенных по рассмотренным в § 12 основным

структурам. Напомним		их:
I — разомкнутая, содержащая пассивную цепь с уси
лителем-повторителем		(Ку =	1);
I I — разомкнутая, содержащая пассивную цепь с уси
лителем, имеющим высокий			стабилизированный	коэффи
циент усиления (Ку	^ > 1);
I I I — замкнутая	с	усилителем с Ку = 1,		охватыва

ющим пассивную цепь положительной единичной обрат

ной	связью по давлению;
	I V	— замкнутая с усилителем с Ку		^> 1, охватываю
щим		пассивную	цепь положительной	обратной	связью
по	току;
V — V I I — замкнутые с усилителем, обладающим \| Ку\^>
^ > 1 ,		охватывающим пассивную цепь		глубокой	отрица
тельной обратной			связью по давлению, частоте,		переме

щению, объему камеры пульсирующего сопротивления, скважности, объему камеры, эффективной площади, времени.

Схемы вычислительных устройств классифицируются по типу реализуемых функций.

Отметим, что почти все схемы с пульсирующими со противлениями пригодны для реализации операций как с достаточным приближением непрерывно, так и дискрет но во времени. Это имеет место благодаря тому, что пуль сирующие сопротивления, кроме установленных в каналах

глубокой	отрицательной обратной связи, могут работать
в любом	дискретном	времени.
При соответствующем исполнении приводов контактов
все сигналы, заданные		количеством импульсов, частотой, и

цифровые сигналы могут представляться разными видами энергии. Это открывает широкие возможности выполнения без преобразователей операций над аналоговыми пневмати ческими и цифровыми или частотными электрическими

338

Т И П О В ЫЕ П Н Е В М А Т И Ч Е С К И Е УСТРОЙСТВА

[ГЛ. V

(гидравлическими) сигналами, облегчая, например, связь электронных цифровых вычислительных машин с ло кальными пневматическими устройствами.

§ 1 3 . Преобразователи

Пневматическая вычислительная техника оперирует с разными параметрами и различными формами их пред ставления. Входными и выходными переменными могут быть давление, расход и количество газа, время, объем камеры, усилие, перемещение, период, частота и скваж ность, количество дискретных импульсов, любой цифровой код, заданные импульсами пневматическими, электри ческими, гидравлическими или механическими.

В этом параграфе приводятся схемы ряда преобразо вателей указанных величин, реализующих пропорцио

нальное (линейное) и обратно-пропорциональное	(гипер
болическое) преобразование.
1. Преобразователи аналоговых сигналов. В	§§ 7, 8

рассмотрены сопротивления и другие преобразователи

давления в расход и конденсаторы, являющиеся		преоб
разователями количества газа	в давление.
В качестве преобразователей	одних параметров	в дру

гие могут использоваться управляемые элементы. Так, пульсирующее сопротивление при постоянном перепаде давлений и другие источники тока с пульсирующим со противлением при управлении частотой являются линей

ными преобразователями частоты в ток,		а в случае
управления объемом	камеры — линейными	преобразова
телями V -*• i объема	в ток (см., например,	рис. 9.7, а).

Для преобразования знакопеременных сигналов час тоты или объема камеры следует применять узел по рис. 12.15,а с входами противоположных знаков. В приве денной на рис. 13.1, а схеме один вход сообщен с атмосфе рой, а другой — с источником давления р\ — const > 0. Выходной ток равен

(13.1)

где /° — знакопеременный сигнал частоты, отсчитанный

от уровня y^—U

П Р Е О Б Р А З О В А Т Е Л И	339
При поступлении / на сопротивление i ? 1 2 с	положи

тельным входом коэффициент передачи положителен.


Сопротивление,		управляемое	частотой / 0 = const,		можно
заменить на	непрерывное.
Генераторы, управляемые давлением (см. § 9, п. 2)—это
преобразователи		давления в частоту		р ->• / или в	скваж
ность р -> у.	Преобразование		h -> i	перемещения	в ток

Рис. 13.1. Схемы преобразователей знакоперемен ного частотпого сигнала в ток в линию с постоян ным давлением (а), в давление по линейному зако ну (б), в давление по гиперболическому закону (в).

выполняется с помощью источника тока, управляемого

перемещением	(рис.	13.2).
На основе пульсирующего сопротивления строятся
преобразователи	f -*- р частоты		в давление. В схеме		рис.
13.3, а, содержащей		источник	тока i0,	реализуется ги
перболическая	зависимость
Рвых - Ро = Рвых =			=	КЦ.	(13.2)
Если источник	тока	заменить	на преобразователь		/ -*- i

по рис. 9.7, а (рис. 13.3, б), то из равенства токов выводим:

™	* _	, 0
kQда	1 '	^вых-гв kQ
откуда

Р в ы х = ( 1 з - з )

<<< < Предыдущая 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 3334 / 5334 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ