- •Содержание
- •Аннотация
- •1 Описание привода
- •2 Построение функциональной схемы системы
- •3 Определение потребной мощности привода
- •4 Составление уравнений элементов гидросистемы, определение численных коэффициентов, нахождение передаточных функций
- •4.1 Электромеханический преобразователь
- •4.2 Гидроусилитель сопло-заслонка с пружинной синхронной связью
- •4.3 Гидроцилиндр
- •4.4 Передаточная функция потенциометра
- •4.5 Передаточная функция идпз
- •4.6 Передаточная функция электронного блока
- •5 Передаточная функция разомкнутой системы
- •6 Переходный процесс замкнутой системы
- •7 Коррекция системы
- •7.1 Построение желаемой лачх [10] Построение желаемой лачх в нижне-частотной области
- •Построение желаемой лачх в средне-частотной области
- •7.2 Выбор корректирующего устройства
- •8 Заключение
- •Список используемой литературы
2 Построение функциональной схемы системы
Рис. 2 – Функциональная схема системы
На рис. 2 следующие обозначения:
–управляющее воздействие;
ЭБ – электрический блок;
–напряжение, поступающее на обмотки ЭМП;
ЭМП – электромеханический преобразователь;
–угол поворота заслонки;
ГУ – гидравлический усилитель;
–величина перемещения золотника;
ГЦ – гидравлический цилиндр;
–перемещение поршня;
ИДПЗ – индуктивный датчик положения золотника;
П – потенциометр.
Передаточная функция электромеханического преобразователя (ЭМП) представлена в виде [1, стр. 15]:
, (2.1)
где h – перемещение заслонки (примерно равно отклонению заслонки )
–напряжение электрического сигнала на выходе ЭМП.
3 Определение потребной мощности привода
Считаем законы изменения перемещения, скорости, ускорения выходного звена привода (штока гидроцилиндра) гармоническими.
Перемещение штока:
(3.1)
Скорость штока:
(3.2)
Ускорение штока:
(3.3)
Нагрузка на выходе будет определяться, как сумма сил: инерции и позиционной нагрузки.
Инерционная нагрузка:
(3.4)
Позиционная нагрузка:
(3.5)
Вычисления проводим в программе mathcad:
Рис. 3 – Графики изменения инерционной и позиционной нагрузки
Рис. 4 – График изменения скорости штока
Рис. 5 – График изменения мощности привода
Номинальная мощность:
(3.6)
Вт.
кВт.
Максимальная мощность:
кВт (3.7)
4 Составление уравнений элементов гидросистемы, определение численных коэффициентов, нахождение передаточных функций
4.1 Электромеханический преобразователь
Преобразователь электродинамического типа имеет две степени свободы: вращение поворотной рамки и изменение тока в ее обмотках [2, стр. 163, 169]:
, (4.1)
, где (4.2)
–коэффициент пропорциональности между силой тока и моментом вращения заслонки (крутизна тяговой характеристики ЭМП);
–сила тока и напряжение управления;
–момент инерции подвижных частей ЭМП приведенный к выходному валу;
–коэффициент пропорциональности между моментом вращения и вязким трением в жидкости (коэффициент вязкого трения подвижных частей преобразователя);
–угол поворота заслонки;
–коэффициент жесткости магнитной пружины;
–коэффициент жесткости механической пружины;
–коэффициент жесткости от сил, действующих на заслонку;
–«жесткость» преобразователя по углу поворота якоря (крутизна нагрузочной характеристики)
–активное и индуктивное сопротивление обмоток ЭМП;
Перейдем к изображению по Лапласу:
(4.3)
(4.4)
Передаточная функция ЭМП и коэффициенты указаны в техническом задании:
4.2 Гидроусилитель сопло-заслонка с пружинной синхронной связью
Уравнение гидроусилителя имеет следующий вид [3, стр. 148]:
, (4.5)
где механическая постоянная времени:
, (4.6)
постоянная времени нагрузки:
, (4.7)
коэффициент, учитывающий силу вязкого трения:
, (4.8)
обобщенная постоянная времени гидроусилителя:
, (4.9)
Жесткость пружин:
, (4.10)
коэффициент усиления гидроусилителя по перемещению:
, (4.11)
коэффициент относительного демпфирования:
, (4.12)
гидродинамическая сила:
, (4.13)
гидравлическая проводимость сопел в нейтральном положении ():
, (4.14)
Диаметр сопла:
, (4.15)
где – площадь поперечного сечения золотника;
–масса золотника и пружин;
–коэффициент вязкого трения;
–перемещение золотника;
–коэффициент гидродинамической силы
–перемещение заслонки (в предыдущем пункте мы рассматривали угол поворота заслонки , при малых перемещениях)
–расход через одну ветку сопла;
–давление в ветке.
Уравнение (4.5) преобразуем по Лапласу при ННУ и изображаем в виде передаточной функции гидроусилителя:
, (4.16)
где – изображение перемещения золотника;
–изображение перемещения заслонки;
Как показывают расчеты, существующие гидроусилители имеют . При этом условии колебательное звено передаточной функции (4.16) распадается на два апериодических звена:
, (4.17)
где
, (4.18)
В связи с тем, что действие малой величины может сказаться только на больших частотах, при практических расчетах можно считать, тогда окончательная передаточная функция гидроусилителя с пружинной синхронной связью запишется так:
(4.19)
Рассчитаем коэффициенты передаточной функции:
МПа.
Неуказанные параметры гидроусилителя назначаем конструктивно и основываясь на аналогичных исполнениях прототипов:
Максимальный ход:
мм.
Масса золотника:
кг.
Диаметр золотника:
мм.
Площадь поперечного сечения золотника:
.
Плотность масла:
.
Коэффициент расхода:
.
Расход через одну ветку золотника:
.
мм
Примем мм
Максимальный ход заслонки:
мм
Максимальный перепад давления на торцах золотника:
МПа
кг/м
кг/м,
Считаем Н.
Принимаем ,
с.
с.
.
.
.
с, с.