Следящие передачи и следящие системы

Назначение следящих систем и следящих передач

Следящими системами называются замкнутые системы автоматического управления, в которых выходная величина с заданной точностью воспроизводит изменения входной величины, причем закон изменения входной величины во времени может быть произвольным, т. е. заранее не заданным.

Синхронной передачей (СП) называется совокупность механизмов или устройств, осуществляющих с определенной точностью синхронное вращение двух или нескольких валов, не связанных между собой механически и разнесенных в пространстве.

Серьезным недостатком систем СП является сравнительно малый синхронизирующий момент принимающего прибора, не позволяющий увеличить нагрузку на ротор, вследствие чего они используются как простейшие информационные системы. В следящих системах этот недостаток полностью устраняется за счет того, что для перемещения объекта в них используются исполнительные двигатели соответствующей мощности.

В приборах навигационных СУ следящие системы применяются для:

- непрерывного и автоматического ввода требуемой для решения задач информации;

- автоматического решения уравнений и систем уравнений;

- передачи управляющего сигнала и усиления его по мощности, когда его необходимо передавать от маломощного выходного элемента на объект управления с большим входным моментом;

- представления электрических величин в виде угловых или линейных перемещений кинематических линий.

Понять принцип построения следящей системы и функции основных ее элементов можно, рассмотрев функциональную схему, показанную на рис. 3.12.

На этой схеме каждый функциональный элемент изображен прямоугольником, а связи между ними – стрелками. Исключение составляет элемент сравнения ЭС, изображенный знаком равенства внутри окружности. Чаще всего элемент сравнения не является реальным устройством, а лишь обозначает функциональную связь задающих и принимающих элементов.

 

Рис. 3.12. Функциональная схема следящей системы

На элемент сравнения от задающего элемента ЗЭ, связанного с входным валом следящей системы, поступает угол заводки a _ВХ. Сюда же от объекта управления Н (нагрузки), связанного с выходным валом системы, поступает угол отработки a _ВЫХ. Величина a _ВХ называется входной величиной, a _ВЫХ - выходной величиной. В результате сравнения этих углов на выходе элемента сравнения выделяется ошибка, или рассогласование, вычисляемое по формуле

Ошибка с выхода элемента сравнения поступает на преобразователь Пр, в котором угол  преобразуется в пропорциональное ему напряжение

,

где k- коэффициент пропорциональности.

В большинстве следящих систем функции элемента сравнения и преобразователя ошибки в напряжение выполняет одно и то же устройство, которое называется чувствительным элементом следящей системы.

В подавляющем большинстве случаев мощность сигнала ошибки недостаточна для приведения в действие исполнительного двигателя ИД. Поэтому между преобразователем и исполнительным двигателем включают усилитель У, обеспечивающий необходимое усиление сигнала ошибки по мощности. Усиленное напряжение  с выхода усилителя поступает на исполнительный двигатель ИД, который приводит в действие объект управления Н, а перемещение  передается на принимающий элемент измерительной схемы, т. е. на элемент сравнения, через отрицательную обратную связь ООС. Отрицательная обратная связь обязательна для любой замкнутой системы автоматического управления, в том числе и для следящей системы.

Для согласования исполнительного двигателя с объектом управления в большинстве следящих систем используют понижающие редукторы. Редуктор является вспомогательным элементом, и на функциональной схеме его обычно не изображают.

Рассмотрим принципы построения синхронных передач и следящих систем.

 

3.2.2. Самосинхронизирующиеся синхронные передачи на сельсинах

На рис. 3.13 изображена схема самосинхронизирующейся синхронной передачи, состоящей из двух контактных сельсинов- приемника и датчика. Обмотки возбуждения сельсина-датчика и сельсина-приемника  (В₁-В₂) питаются от одной и той же сети переменного тока и создают переменные пульсирующие магнитные потоки. Пересекая фазные обмотки, смещенные относительно друг друга на 120°, поток в каждой из них будет индуктировать электродвижущую силу. При совпадении магнитных осей обмотки возбуждения и фазной обмотки значение э.д.с. максимально равно _.

Фазные обмотки датчика (Ф₁-Ф₃) и приемника соединены между собой, как показано на рис. 3.13, а.

Когда обмотки возбуждения датчика и приемника расположены одинаково (синфазно) по отношению к их вторичным обмоткам, в соответствующих фазах вторичных обмоток пульсирующими магнитными потоками индуктируются равные по величине и одинаково направленные э.д.с.

Если ротор датчика будет развернут на угол  а ротор приемника - на угол , то синхронная передача окажется рассогласованной на угол  (рис.3.13, б).

Так как э.д.с. фазных обмоток в зависимости от угла поворота изменяется по закону косинуса, то:

для сельсин-датчика:

для сельсин-приемника:

 

Рис. 3.13.  Принцип действия ССП

Так как фазные обмотки включены встречно, то результирующие э.д.с. будут равны:

 

(3.18)

Из анализа уравнений следует, что результирующие э.д.с. одновременно обращаются в нуль, когда , т.е. угол рассогласования равен нулю .

Под влиянием результирующих электродвижущих сил в фазах вторичных обмоток возникнут уравнительные токи:

где 2Z - общее сопротивление фазы датчика и приемника без учета сопротивления линии связи.

Потоки, вызванные уравнительными токами, взаимодействуя с потоками возбуждения, создадут вращающие синхронизирующие моменты на валу ротора приемника и датчика. Но ротор датчика удерживается в определенном положении задающим устройством. Следовательно, ротор приемника под воздействием вращающего синхронизирующего момента будет поворачиваться по кратчайшему пути до тех пор, пока не исчезнут уравнительные токи в системе приёмник–датчик. Это произойдет тогда, когда ротор приёмника займёт по отношению к своему статору такое же положение, какое ротор датчика занимает по отношению к своему статору (рис. 3.13, в), т. е. . Если вращать ротор датчика, то под действием синхронизирующего момента ротор приемника будет синхронно воспроизводить вращение ротора датчика.

На рис. 3.13 представлена схема включения сельсинов в индикаторном режиме работы. Недостатком таких схем является то, что один сельсин-датчик может обеспечить работу только одного сельсина-приемника из-за слабой величины синхронизирующего момента. Данный недостаток может быть устранен в ССП, работающих в трансформаторном режиме включения сельсинов (рис.3.14). В этом режиме сельсин-приемник используется только для выработки сигнала рассогласования , который после усиления поступает на обмотку управления асинхронного двигателя АДП. Асинхронный двигатель посредством зубчатой передачи поворачивает ротор сельсина-приемника до его согласования с ротором сельсина-датчика.

Трансформаторный режим используется для передачи информации в механизмы не с одной зубчатой передачей, а с большим числом зубчатых передач.

Рис. 3.14. Электрическая схема ССП. Трансформаторный режим

Основными характеристиками самосинхронизирующейся синхронной передачи являются: точность и синхронизирующий момент приемника.

Точность ССП определяется величиной угла рассогласования  в установившемся рабочем состоянии, равной разности углов поворота ведущей  и ведомой  осей:

В соответствии с двумя основными режимами работы системы ССП различают ее статическую и динамическую точность. Разность углов поворота осей датчика и приемника, зафиксированная при их неподвижном состоянии, называется статической ошибкой ССП.

Практически ошибка, или погрешность, определяется как полусумма абсолютных значений максимальных ошибок на оси сельсина-приемника при повороте сельсина-датчика по часовой стрелке и против нее на угол 360°.

Класс точности сельсина определяется по величине погрешности передачи, называемой средней максимальной ошибкой, которая вычисляется по формуле

 (град)               (3.19)

где  - максимальная ошибка на оси приемника при вращении датчика по часовой стрелке;

 - максимальная ошибка на оси приемника при вращении датчика против часовой стрелки.

Динамической ошибкой является разность углов  и , зафиксированная в каждый момент времени в процессе вращения датчика и приемника.

С точки зрения точности идеальной может быть названа только система, удовлетворяющая одновременно следующим требованиям:

	– угол рассогласования системы равен нулю;
	– скорость вращения приемника равна скорости вращения датчика;
	– ускорения на валу приемника равны ускорениям на валу датчика.

Точность системы ССП зависит от синхронизирующего момента и нагрузки на валу приемника.

Различают статический и динамический синхронизирующие моменты приемника, которые характеризуют соответствующие режимы работы ССП.

Под статическим синхронизирующим моментом  понимается тот вращающий момент, который возникает на валу приемника при отклонении его от синфазного (согласованного) положения с датчиком.

Динамическим синхронизирующим моментом  называется тот вращающий момент, который при определенной скорости передачи способен развить приемник на своем валу, не выпадая из синхронного вращения с датчиком. Динамический синхронизирующий момент выражается как функция скорости передачи n в виде

К характерным неисправностям в схеме ССП можно отнести следующие неисправности:

- обрыв цепи возбуждения датчика или приемника;

- обрыв одной фазы вторичной цепи;

- короткое замыкание двух проводов вторичной цепи;

- неправильное включение фаз вторичных обмоток датчика и приемника;

- неправильное включение обмотки возбуждения.

Различают ошибки в статическом и динамическом режимах работы ССП.

Статической ошибкой является разность углов поворота С-Д и С-П, зафиксированная при их неподвижном (статическом) состоянии.

Динамической ошибкой в каждый данный момент времени является разность углов поворота С-Д и С-П, фиксируемая в процессе вращения ротора С-П.

Под максимальной статической ошибкой ССП понимается полусумма абсолютных значений максимальной положительной и максимальной отрицательной ошибок приемника, полученных при вращении С-Д в двух направлениях в пределах одного оборота.

Сельсины имеют три класса точности (1, 2 и 3). При этом класс точности С-П определяется величиной максимальной статической ошибки при следовании ненагруженного приемника за поворотом С-Д, а класс точности С-Д определяется величиной их электрической асимметрии.

 

⇐ Предыдущая891011121314151617Следующая ⇒

Поделиться: