Следящие электроприводы
1.3 СЛЕДЯЩИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ
Как было указано выше, СП являются замкнутыми динамическими системами, воспроизводящими на выходе входной сигнал, произвольно меняющийся во времени. Наибольшее применение СП получили в промышленности и военной технике для управления положением объектов e высокой степенью точности.
С их помощью обеспечивается режим работы режущего инструмента станков, выполняется автоматическая перестановка валков в блюмингах и прокатных станах, осуществляется управление работой исполнительных органов роботов и манипуляторов. B военной технике СП применяют для разворота оптических и радиотелескопов, пусковых установок ракет, рулевых агрегатов летательных аппаратов и т. д. СП являются неотъемлемой частью вычислительных устройств, предназначенных для автоматического выполнения математических операций: в автоматических мостах и потенциометрах, в навигационных приборах, в аналоговых вычислительных машинах (ЭВМ).
Управляющее воздействие в СП задается: 1) в виде угла поворота ? входного вала или 2) формируется в виде напряжения, поступающего с ЗУ (например, e аналоговой ЭВМ). B первом случае (рис. 7, а) измеритель рассогласования A1, выполняющий роль устройства управления, выявляет в элементе сравнения AW разность ? = ? — ?, где ? — угол поворота OP. Эта разность поступает на преобразователь B и в виде электрического сигнала U? подается на усилитель A2, двигатель M и редуктор q, воздействующий на OP. Главная OC в таком СП единичная.
Рис. 7. Структурные схемы СП
Рис. 8. Классификация СП
Bo втором случае (рис. 7, б} измеритель рассогласования AW выявляет разность входного сигнала U? и сигнала UBR, поступающего по цепи OC и сформированного датчиком скорости BR.
B качестве характерных особенностей СП можно отметить следующие:
1. Наличие замкнутого контура регулирования, основанного на сравнении сигнала, поступающего с ЗУ, с сигналом, поступающим по каналу OC с выхода привода.
2. Обязательное наличие ошибки рассогласования, используемой для управления исполнительным двигателем M, обеспечивающим непрерывную отработку входного воздействия.
3. Непрямое управление. Для усиления сигнала ошибки применяется усилительно-преобразовательное устройство.
4. Возможность дистанционного управления.
Точность отработки управляющего сигнала в большей степени зависит от возмущений, воздействующих на СП и вызывающих отклонение режима работы от нормального. Возмущения, вызванные изменениями условий эксплуатации и непостоянством нагрузки, должны быть учтены при расчете СП. Помехи, поступающие на вход СП вместе с управляющим сигналом или возникающие внутри (вследствие искрения щеток потенциометров, коллекторов машин и т. п.), необходимо отфильтровывать.
Рис. 9. Принципиальная схема скоростного СП
СП классифицируют по основным признакам, связанным с принципом управления, дальностью управления, назначением привода, типом применяемых устройств и т. п. (рис. 8).
По дальности управления СП разделяются на местные, сосредоточенные в одном месте и предназначенные для разгрузки управляющего вала, и дистанционные, особенностью которых является значительное расстояние между задающим устройством и OP.
По принципу управления СП разделяют на приводы e управлением по отклонению, по возмущению и с комбинированным управлением.
При управлении по отклонению сигнал управления вырабатывается независимо от причины отклонения регулируемой координаты от заданного значения, т. e. в результате изменения управляющего сигнала или под действием внешнего возмущения. Ha этом принципе основана работа, например СП, изображенного на рис. 5. Достоинством таких СП является простота, независимость процесса слежения от вида и места приложения внешних возмущений, высокая надежность. В зависимости от вида регулируемой величины СП этого класса подразделяют на позиционные и скоростные.
Позиционные СП служат для управления углом поворота исполнительного вала. Представленный на рис. 5 СП относится к этому подклассу. Высокая точность слежения, большие усилия и мощности, развиваемые на выходном валу, и малые мощности, затрачиваемые в ЗУ, обеспечили применение позиционных СП в управлении кораблями, самолетами, телескопами и т.
д.
Скоростные СП (рис. 9) предназначены для управления скоростью выходного вала. Формирование сигнала OC по скорости осуществляется с помощью датчика скорости BR. Напряжение U??, поступающее с ЗУ, сравнивается с сигналом UД.С. OC. Выделяемый сигнал ошибки U? = U?? — UД.С. поступает на усилитель A, а затем на электродвигатель М, вал которого через редуктор q соединен с валом датчика скорости BR.
Рис. 10. Одноосный гиростабилизатор
Скоростные СП находят применение, например, в промышленных установках, перемещающих фотобумагу, магнитную ленту и обеспечивающих постоянство скорости вращения вала рулона, кассеты, а также в устройствах, обеспечивающих синхронность вращения двух валов, разнесенных на некоторое расстояние.
Если за выходную величину СП взять угол поворота вала двигателя, то этот угол будет пропорционален интегралу по времени от входного напряжения
При управлении по возмущению слежение происходит не за углом поворота, а за возмущающим воздействием. Например, одноосный гиростабилизатор (рис. 10), представляющий собой замкнутый ЭП, обеспечивает слежение за значением и направлением действия момента внешних сил Мвн. Задача гиростабилизатора состоит в разгрузке оси стабилизации (оси XX) от действия Мвн путем компенсации его направленным встречно моментом стабилизации Мст, создаваемым двигателем M.
В качестве чувствительного элемента применен двухстепенной гироскоп 2, установленный в кардановом подвесе на платформе 3 так, что плоскость его главной оси (вектора кинетического момента H) и оси 1 прецессии перпендикулярна оси стабилизации XX.
При появлении внешнего момента Мвн гироскоп начинает прецессировать, т. e. поворачивать ротор 2 гироскопа и ротор датчика B вокруг оси прецессии.
Сигнал, снимаемый с датчика, будет зависеть от угла поворота ?, а следовательно, от значения приложенного момента Мвн. Двигатель M, на который с усилителя А поступает усиленный сигнал, развивает стабилизирующий момент Мст, направленный встречно моменту Мвн и действующий через редуктор на ось платформы. При некотором угле прецессии момент стабилизации скомпенсирует внешний момент (
Таким образом, появление внешнего момента вызывает поворот гироскопа относительно оси прецессии, а ось платформы остается неподвижной. Ha платформе можно установить объект 4, поворот которого относительно оси XX нежелателен (например, телескоп).
Структурная схема такого СП приведена на рис. 7, в, на которой гироскоп представлен в виде сумматора AW и преобразователя B1.
Достоинством СП с управлением по возмущению является возможность устранения возмущающего момента еще до появления значительного рассогласования. Недостаток — ее сложность вследствие большого числа компенсирующих связей (контуров), необходимых для обеспечения независимости привода по отношению ко всем возможным видам возмущения.
В реальных СП обеспечивают компенсацию наиболее значительного воздействия, а влияние остальных возмущающих составляющих уменьшают путем управления по отклонению, т. e. применяют комбинированный принцип управления.
В комбинированных СП используют либо сочетание управления по отклонению и возмущению, либо сочетание регулирования по углу и по скорости, либо того и другого. Например, в СП, структурная схема которого показана на рис. 7, г, датчик скорости BR1 служит для компенсации ошибки от управляющего воздействия, датчик момента B2 — от возмущающего воздействия, датчик скорости BR2 осуществляет регулирование по скорости изменения выходной величины, а главная OC — позиционирование и регулирование по отклонению.
Комбинированные СП работают точнее и обеспечивают устойчивость более простыми средствами, чем остальные.
Одним из основных классификационных признаков СП является тип исполнительного механизма, в зависимости от которого выбирают необходимые усилительные элементы, структуру привода и средства стабилизации.
По этому признаку СП подразделяют на электрические, электрогидравлические и с электромагнитной муфтой.
По виду управляющего сигнала различают СП:
с непрерывным управлением, осуществляемым непрерывным изменением управляющего воздействия;
с дискретным управлением, реализуемым дискретным изменением управляющего воздействия. Дискретное управление, в свою очередь, разделяется на импульсное, релейное и цифровое.
Требования, предъявляемые к СП, и специфика их проектирования во многом зависят от условий работы и назначения этих приводов.
По назначению СП подразделяются на наземные (стационарные и подвижные), судовые (палубные и используемые в закрытых помещениях), бортовые (пилотируемых и беспилотных летательных аппаратов).
Наземные, стационарные СП находятся в наиболее легких с точки зрения механических воздействий условиях, обеспечены стационарным питанием и не имеют ограничений по массе и размерам. Для СП, работающих на открытом воздухе, важны меры защиты от климатических воздействий: влажности и перепада температуры. К этим приводам относятся СП радиолокационных станций (РЛС) автоматического сопровождения цели, радарных установок, систем слежения спутниковых камер за космическими объектами, СП оптических телескопов и радиотелескопов [6]. Динамика стационарных приводов определяется условиями обеспечения перемещения OP в соответствии e законом изменения координат цели. При определении возмущающих воздействий необходим учет опрокидывающего момента, обусловленного ветром.
Более жесткие требования по механическим воздействиям предъявляются к подвижным наземным установкам, испытывающим вибрационные и ударные нагрузки, определяемые условиями транспортирования и спецификой работы.
Аппаратура приводов такого класса должна иметь небольшие размеры и массу, обеспечить большие ускорения и скорости на выходном валу, не зависящие от нагрузки. Если учесть, что момент нагрузки носит ударный характер, то выполнение последнего требования сопряжено с большими трудностями.
Судовые СП работают в условиях повышенных механических нагрузок, создаваемых качкой. Для СП, устанавливаемых на палубах, важны меры защиты от повышенной влажности и колебаний температуры, уменьшающих эксплуатационную надежность аппаратуры. По сравнению с наземными СП ужесточаются требования по размерам, массе и энергопотреблению. Типичным входным воздействием является гармонический сигнал, определяемый качкой.
Бортовые СП подвержены действию вибраций, перегрузок, ударов, перепадов давления и температуры. К ним предъявляют самые жесткие требования по габаритным размерам, а также энергопотреблению и надежности. Ha самолетах СП применяют для изменения положения рулей (рулевой привод автопилота) и геометрии крыла, для приведения в действие антенн РЛС и установок наведения с высокой точностью слежения, для регулирования подачи воздуха в авиационные двигатели и тяги самих двигателей. Типичным входным воздействием являются гармонические колебания. При определении нагрузки следует учитывать аэродинамические силы, создающие шарнирный (упругий) момент, инерционные силы и силы трения. Требования к динамике СП определяются назначением летательного аппарата (ЛА).
Назад | Содержание
| Вперед
