2.9. Следящие системы

Следящие системы – это особый вид автоматических устройств, который используется для дистанционного управления многорежимными объектами, например, для управления судовым дизелем из рулевой рубки.

Для плавного изменения частоты вращения дизеля в диапазоне от холостого хода до полной мощности необходимо обеспечить соответствующее механическое воздействие на орган настройки регулятора частоты вращения. Это воздействие осуществляют специальным исполнительным механизмом с выдвижным штоком или поворотным валиком.

Для того, чтобы исполнительный механизм быстро, точно и стабильно «отслеживал» положения ручки управления в рулевой рубке, применяют специальное устройство с внутренней обратной связью и линией дистанционной передачи управляющего сигнала – следящую систему.

Рисунок 2.19. Функциональная схема следящей системы

Следящая система, по сути, представляет собой регулятор непрямого действия с дистанционной перестройкой заданного значения выходного параметра.

Как и обычный регулятор непрямого действия, она может быть электрической, гидравлической и пневматической.

Следящие системы (иногда их называют следящими линиями) являются основным компонентом судовых систем дистанционного автоматизированного управления (ДАУ).

Функциональная схема судовой системы ДАУ, содержащей три следящих линии, приведена в 1-й части конспекта. Конструктивное устройство следящих линий рассмотрено в части 3.

2.10. Конструкции и принцип действия силовых блоков сар

В электрических САР силовые блоки, осуществляющие перемещение регулирующих органов, скомпонованы из стандартных усилителей тока или напряжения (и мощности) и электрических двигателей постоянного тока, переменного тока или шаговых электродвигателей.

В гидравлических и пневматических САР силовые блоки являются, как правило, оригинальными конструкциями, соединяющими функции усилителя и исполнительного механизма. Рассмотрим характерные особенности некоторых типовых конструкций.

2.10.1. Гидравлический силовой блок с отсечным золотником

Рабочей средой устройства, показанного на рисунке, является специальное минеральное масло, которое подаётся под давлением из напорной магистрали.

В этом устройстве шток золотника соединен с измерителем регулируемого параметра. Выходным сигналом измерителя и входным сигналом силового блока является вертикально перемещения штока золотника. Обозначим его X.

Выходным сигналом силового блока является перемещение штока сервомотора, соединённого с регулирующим органом САР (заслонкой, клапаном и т.п.). Обозначим его Y.

Каким образом связаны величины X и Y?

При среднем положении штока золотника, показанном на рисунке, его поршни перекрывают выходные окна в корпусе золотника. При этом обе полости сервомотора оказываются герметизированы, поршень и шток сервомотора неподвижны.

Если в результате какого-то внешнего возмущения регулируемый параметр изменится, это приведёт к вертикальному смещению штока золотника, например, вверх от среднего положения. При этом окна частично приоткроются. Масло от напорной магистрали через верхнее окно золотника и соединительную трубку будет под давлением поступать в верхнюю полость сервомотора.

Одновременно масло из нижней магистрали будет перетекать через нижнее окно золотника на слив. В результате, возникнет перепад давлений в верхней и нижней полостях сервомотора, и его поршень будет двигаться вниз.

Движение будет продолжаться до тех пор, пока воздействие штока сервомотора на регулирующий орган не приведёт к тому, что восстановится исходное значение регулируемого параметра, шток золотника вернётся в исходное положение и перекроет своими поршеньками оба окна.

В каком положении после этого окажутся поршень и шток сервомотора? Они остановятся в том положении, в котором их застанет момент перекрытия окон золотника, т.е. в любом.

Таким образом, это устройство может находиться в состоянии покоя только при среднем положении штока золотника, т.е. только при заданном значении регулируемого параметра. Следовательно, САР с таким силовым блоком будет обеспечивать астатическое регулирование, т.е. регулирование без статической ошибки.

Перепад давлений в полостях сервомотора при частичном открытии окон золотника будет пропорционален степени их открытия, т.е. пропорционален смещению штока золотника:

ΔP = К₁·X

Скорость перемещения поршня сервомотора пропорциональна перепаду давлений:

После подстановки первого выражения во второе, получим уравнение движения для этого блока:

, где К = К₁·К₂

Как видно из анализа принципа действия этого силового блока и выше приведённого уравнения его движения, он не предусматривает пропорциональную связь регулируемого параметра и регулирующего воздействия. Поэтому его нельзя применять в составе пропорциональных (статических) системах регулирования.