Потапов А. М.
Настройка и испытания следящих приводов
БИБЛИОТЕКА ПО АВТОМАТИКЕ
Выпуск 387
ЭНЕРГИЯ
ЛЕНИНГРАДСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ
1970
Редакционная коллегия: И. В. Антик, Г. Т. Артамонов, А. И. Бертинов, А. А. Воронов, Л. М. Закс, В. С. Малов, В. Э. Низе, О. В. Слежановский, Б. С. Сотсков, Ф. Е. Темников, М. Г. Чиликин, А. С. Шаталов.
Потапов А. М. Настройка и испытания следящих приводов. Издательство «Энергия», Ленинградское отделение, 1970. Библиотека по автоматике. Выпуск 387.
В книге рассмотрены вопросы настройки и испытаний электромеханических и электрогидравлических силовых следящих приводов. Обобщены материалы по типовым неисправностям, погрешностям и их источникам и практическим методам их устранения. Предложены способы приближенного учета влияния нестабильности настроек на точность и устойчивость следящих приводов. Приведены практические методики и нормы проведения электрических, механических и климатических испытаний узлов следящих приводов, а также даны материалы по комплексным испытаниям следящего привода на стенде и в реальных условиях.
Книга предназначена для инженерно-технических работников, занимающихся разработкой и эксплуатацией следящих приводов и систем регулирования. Она также может быть полезна студентам вузов соответствующих специальностей.
Содержание книги
Настройка и испытания следящих приводов
Предисловие
Глава первая. Общая характеристика следящих приводов
1. Назначение и принцип действия следящего привода
2. Разновидности и области применения следящих приводов
3. Основные характеристики и порядок проектирований силовых следящих приводов
Глава вторая. Основные погрешности и характерные параметры элементов и узлов следящих приводов
4. Предварительные замечания
5. Чувствительные элементы
6. Усилители
7. Исполнительные двигатели
8. Корректирующие устройства
9. Элементы и блоки импульсных и цифровых следящих приводов
10. Преобразовательные и вспомогательные элементы и устройства следящих приводов
Глава третья. Исследование влияния настроек на устойчивость и точность следящих приводов
11. Вводные замечания и постановка задачи
12. Оценка чувствительности настроек следящих приводов методом ЛАХ
13. О двух вариантах компромиссной настройки
14. Оценка чувствительности следящего привода к нестабильности настроек методом типовых уравнений
Глава четвертая. Испытания узлов следящих приводов
15. Электрические испытания изоляции узлов
16. Механические испытания узлов
17. Климатические испытания узлов следящих приводов
Глава пятая. Настройка и комплексные испытания следящих приводов
18. Общие сведения о комплексных испытаниях
19. Комплексные испытания на стенде
20. Комплексные испытания в реальных условиях
Литература
ПРЕДИСЛОВИЕ
Силовые электромеханические и электрогидравлические следящие приводы находят весьма широкое распространение во многих отраслях народного хозяйства.
Известно большое количество работ, посвященных теории и расчету этих систем. Однако почти совсем отсутствует весьма нужная литература по настройке, испытаниям и вопросам повышения эксплуатационной надежности следящих приводов.
Данная книга предназначена в какой-то степени заполнить этот пробел в литературе и состоит из пяти глав. Первая глава является вводной. В ней приведены основные понятия и характеристики следящих приводов и порядок их проектирования. Попытка учесть все возрастающие требования к эксплуатационной надежности следящих приводов сделана во второй главе, посвященной типовым неисправностям, погрешностям их основных элементов и узлов и некоторым практическим методам их устранения. С этой же главой связана основная часть библиографии, где указана литература, по которой читатель может достаточно полно ознакомиться со схемными решениями, вопросами теории расчета и проектирования основных элементов и узлов следящего привода и их техническими данными.
В третьей главе рассматриваются вопросы влияния нестабильности параметров настроек следящих приводов на их устойчивость и точность. На конкретных примерах предлагаются аналитические методы,позволяющие в первом приближении, с позиций теории чувствительности, решать эти вопросы. Также на примерах (для наглядности) исследуются некоторые задачи компромиссной (оптимальной) настройки.
Электрические испытания изоляции, механические и климатические испытания узлов следящих приводов, методы, рекомендуемые технические нормы и требования составляют четвертую главу.
И, наконец, в пятой главе приводятся практические приемы проведения комплексных испытаний следящего привода на стенде завода-изготовителя и в реальных условиях.
В целом автор стремился более подробно изложить менее разработанные вопросы настройки и испытаний силовых следящих приводов с библиографическими ссылками в остальных случаях.
Из-за ограниченного объема книги в ней не рассматриваются пневматические и чисто гидравлические следящие приводы, имеющие меньшее практическое применение. Вопросы настройки и испытаний самонастраивающихся и оптимальных систем и вопросы применения цифровых и моделирующих машин для решения этих же задач представляют самостоятельный интерес и выходят за рамки этой небольшой книги.
Автор благодарен В. Г. Богачу и Ю. В. Ильиных за участие в разработке материалов третьей главы, а также весьма признателен к. т. н. П. В. Николаеву за тщательный просмотр рукописи и ряд полезных советов, сделанных им при ее рецензировании.
Автор
ГЛАВА ПЕРВАЯ. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СЛЕДЯЩИХ ПРИВОДОВ
1. Назначение и принцип действия следящего привода
Следящими приводами называют замкнутые автоматические системы, в которых выходная величина (координата объекта) воспроизводит с определенной точностью изменения входной величины (управляющего воздействия). Введем основные определения и обозначения.
Приборы и устройства, вырабатывающие входные сигналы (команды), будем в дальнейшем называть задающими устройствами (ЗУ) или сокращенно — задающими. В большинстве случаев ЗУ и объекты совершают угловые перемещения. Переход от угловых величин к линейным затруднений не вызывает, и все выводы, полученные для угловых, целиком применимы и для линейных величин. Углы поворота задающего (дающего) устройства ад и объекта а0 являются функциями времени, но для сокращения записи обозначение их функциональной зависимости от времени опускаем.
Объект является реальным телом, обладающим моментом инерции, массой т0, и должен вращаться (перемещаться), плавно изменяя скорости и ускорения в пределах верхних и нижних границ, обычно заранее известных, часто при наличии реверса.
Управляющее воздействие ад обычно поступает на вход следящего привода в виде сигналов (часто напряжений) малой мощности. Для управления объектом всегда требуется мощность, многократно превышающая входную, что приводит к необходимости введения в следящий привод усилительных элементов. На следящие приводы, кроме управляющего сигнала, действуют различные возмущающие воздействия, которые могут быть вызваны переменной нагрузкой, окружающей средой (влажность, переменная температура, вибрация и т. д.), внешними магнитными, электрическими и электростатическими полями, специальными условиями эксплуатации и другими причинами.
Простейшая блок-схема следящего привода приведена на рис. 1. Здесь в чувствительный элемент привода (ЧЭ) непрерывно поступают два сигнала: ад от ЗУ и сигнал отработки а0 по каналу отрицательной обратной связи. Сигнал, пропорциональный разности этих углов, является сигналом рассогласования (ЗУ и объекта), а 8 есть ошибка (погрешность) данного привода при отработке определенного закона изменения управляющего воздействия. Сигнал рассогласования далее поступает на усилитель (У), где он преобразуется и усиливается до величины, необходимой для управления исполнительным двигателем (ИД), который через редуктор (Р) перемещает объект в сторону согласованного положения.
В реальных условиях такая схема не обеспечивает надежной и точной работы привода, так как все его элементы обладают определенной инерционностью и значительными коэффициентами усиления. Это почти всегда при движении приводит к колебательному процессу относительно установившегося положения, а при наличии существенных нелинейностей — к режиму автоколебаний и практической неустойчивости системы. Для успокоения колебаний используют сигналы, пропорциональные производным угла поворота объекта, вырабатываемые корректирующими устройствами — дифференциаторами объекта (ДО).
Введение этих демпфирующих сигналов вызывает «отставание» объекта от задающего, так как они отрицательны по отношению к ад. При этом возрастает ошибка, что особенно явно проявляется в приводах, работающих с большими скоростями и ускорениями в различных динамических режимах. Уменьшить ошибку до определенной величины можно введением инвариантных (компенсирующих) сигналов, пропорциональных производным от управляющего или возмущающего воздействия. Далее будем их обозначать ДЗ (дифференциаторы задающего).
Указанные две группы сигналов реализуются чаще всего при помощи линейных и нелинейных параллельных и обратных связей, хотя в некоторых типах следящих приводов находят применение и устройства последовательной коррекции (ПК), вырабатывающие сигналы, пропорциональные производным, интегралам или некоторым функциям от ошибки.рассогласования. Используя зависимость, эти сигналы обычно можно разделить и отнести при анализе их влияния к первым двум группам.
В общем случае следящий привод может иметь все указанные источники сигналов (рис. 2).
2. Разнбвидности и области применения следящих приводов
Огромное разнообразие типов силовых следящих приводов (ССП) и весьма широкое их практическое применение привело к появлению классификаций их по различным признакам. Здесь ограничимся лишь кратким перечнем возможных вариантов основных элементов следящего привода, построенного согласно схеме рис. 2.
Наиболее широко в силовых следящих приводах в качестве ЧЭ используются сельсины, вращающиеся трансформаторы и потенциометры. Реже применяются следящие трансформаторы, магнесины, гироскопические, фотоэлектрические, емкостные и контактные элементы. Электронные, полупроводниковые, магнитные, электромашинные и гидравлические усилители как самостоятельно, так и совместно получили широкое распространение в следящих приводах. Реже используются тиратронные, диэлектрические и вибрационные усилители. Весьма перспективные тиристорные усилители тоже пока сравнительно редко находят применение в следящих приводах.
В качестве исполнительных двигателей обычно применяют электрические двигатели постоянного и переменного тока, гидравлические исполнительные элементы (гидронасосы и гидромоторы, силовые гидроцилиндры, рулевые машинки и т. д.) и шаговые двигатели.
Весьма широк и перечень вариантов корректирующих устройств. Это тахогенераторы постоянного и переменного тока, обратные связи по напряжению и силе тока, пассивные RC и LC-цепи, гидравлические корректирующие устройства, дифференциаторы и интеграторы с активными элементами и т. д.
Комбинируя различные варианты систем из перечисленных элементов и вводя вспомогательные или преобразовательные элементы типа демодуляторов, модуляторов, фильтров, сумматоров, устройств селекции управляющих сигналов и другие, можно получить множество различных схем следящих приводов.
Дальше более подробно будут рассматриваться два основных класса электромеханические следящие приводы (ЭСП) и электрогидравлические следящие приводы (ЭГСП).
В структуру силовых ЭСП обычно входят сельсины или вращающиеся трансформаторы (ЧЭ), электронные, полупроводниковые и магнитные (как предварительные) усилители, электромашинный усилитель с поперечным полем (как силовой) и исполнительные электрические двигатели постоянного тока. В маломощных ЭСП отсутствуют электромашинные усилители.
В ЭГСП могут входить те же ЧЭ и предварительные усилители, которые обычно через преобразователь (например, частотный преобразователь) или маломощный асинхронный двигатель управляют гидроусилителем (золотниковым, типа «сопло — заслонка» и др.). Гидроусилитель, например, в объемном приводе меняет производительность гидронасоса, работающего на гидродвигатель (ИД), который управляет через силовой редуктор объектом.
В заключение отметим основные области применения рассмотренных типов приводов. Это — металлорежущие станки, различные самолетные приводы, приводы радиолокационных станций, управление судовыми механизмами и оптическими устройствами, манипуляторы, приводы наведения авиационных турелей и артиллерийских установок, кузнечно-прессовое производство, подъемные краны, экскаваторы и т. д.
Скачать книгу "Настройка и испытания следящих приводов". Издательство "Энергия", Ленинградское отделение, 1970
|
