![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •Системы управления исполнительными механизмами
- •Оглавление
- •Принятые сокращения
- •Введение
- •Классификация и общее устройство исполнительных механизмов
- •1.1. Исполнительные механизмы. Основные понятия.
- •Классификация исполнительных механизмов
- •Электрические исполнительные механизмы
- •1.3.1. Исполнительные механизмы электрические однооборотные
- •Структура условного обозначения и основные параметры им мэо:
- •1.3.2. Исполнительные механизмы электрические многооборотные
- •1.3.3. Исполнительные механизмы электрические прямоходные
- •Пневматические исполнительные механизмы
- •Гидравлические исполнительные механизмы
- •Электрогидравлических клапанов
- •1.6. Электромагнитный исполнительный механизм
- •2.2. Обобщенные функциональные схемы, координаты и параметры суим. Функциональные элементы суим.
- •. Основные задачи исследования и стадии проектирования суим
- •2.3.1. Основные задачи исследования суим
- •2.3.2. Стадии проектирования суим
- •3. Математическое описание и характеристики суим
- •3.1. Формы математического описания линейных суим
- •3.2. Линеаризация нелинейных элементов суим
- •3.3. Статические и динамические характеристики суим
- •3.3.1. Статика суим. Коэффициенты ошибок суим по положению, скорости и ускорению
- •3.3.2. Динамика суим. Свободные и вынужденные переходные процессы
- •4. Общие Принципы работы и математические модели элементов суим
- •4.1. Исполнительные механизмы
- •4.2. Приводы
- •4.2.1. Коллекторные двигатели постоянного тока
- •4.2.2. Бесколлекторные двигатели постоянного тока
- •4.2.3. Асинхронные двигатели
- •4.2.4. Синхронные двигатели
- •4.2.5. Шаговые двигатели
- •4.3. Силовые преобразователи энергии
- •4.3.1. Электромашинные преобразователи
- •4.3.2. Тиристорные преобразователи
- •4.3.3. Транзисторные и симисторные преобразователи
- •4.4. Датчики координат суим
- •4.5. Регуляторы, корректирующие звенья
- •1. Пропорциональный регулятор (п-регулятор).
- •2. Интегральный регулятор (и-регулятор).
- •3. Дифференциальный регулятор (д-регулятор).
- •4. Пропорционально-интегральный регулятор (пи-регулятор).
- •6. Пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор (пид-регулятор).
- •5. Общие принципы построения суим
- •5.1. Релейно-контакторные суим
- •5.1.1. Рксу асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором
- •5.1.2. Рксу асинхронным двигателем с фазным ротором
- •5.2. Бесконтактные суим постоянной скорости
- •5.3. Системы стабилизации выходной координаты объекта управления. Типовые методы улучшения качества регулирования
- •В статике, т.Е. В установившихся (квазиустановившихся) режимах функционирования систем стабилизации можно сформулировать два основных тесно взаимосвязанных требования:
- •5.4. Системы программного управления, способы ограничения координат суим
- •5.5. Системы следящего управления, понятие добротности
- •6. Синтез суим
- •6.1. Подчиненное регулирование координат
- •6.2. Оптимальные настройки контуров регулирования
- •6.2.1. Технический оптимум
- •6.2.2. Симметричный оптимум
- •6.2.3. Апериодический оптимум
- •6.3. Типовая методика структурно-параметрического синтеза
- •7. Системы регулирования скорости эим
- •7.1. Система регулирования скорости “Тиристорный преобразователь - двигатель постоянного тока”
- •1. Синтез контура регулирования тока якоря.
- •2. Синтез контура регулирования скорости.
- •7.6. Переходный процесс в сар скорости при скачке задания
- •Р ис. 7.7. Переходные процессы в сар скорости при ударном приложении нагрузки на валу электропривода
- •7.2. Система регулирования скорости “Генератор - двигатель постоянного тока”
- •7.4. Системы управление эим переменного тока
- •8. Системы регулирования положения эим
- •8.1. Режимы перемещения рабочих органов
- •8.2. Сар положения с линейным регулятором
- •8.3. Сар положения с нелинейным регулятором
- •Подставляя в это соотношение выражение (8.2) для Kрп в режиме средних перемещений получим
- •8.4. Инвариантные и квазиинвариантные следящие суим
- •9. Дискретно-непрерывные суим
- •9.1. Дискретизация сигналов и z-преобразование
- •9.2. Дискретные передаточные функции и разностные уравнения при описании суим
- •9.3. Синтез цифровых систем управления
- •9.3.1. Методы дискретизации аналоговых регуляторов и билинейного преобразования
- •9.3.2. Метод переменного коэффициента усиления
- •9.3.3. Метод аналитического конструирования цифровых регуляторов состояния
- •Синтез свободного движения сау
- •Синтез вынужденного движения сау
- •10. Интеллектуальные суим
- •10.1. Функциональная структура интеллектуальной суим
- •10.2. Технические средства интеллектуализации суим
- •10.3. Суим на основе средств управления фирмы овен
- •Заключение
- •Список литературы
Классификация и общее устройство исполнительных механизмов
1.1. Исполнительные механизмы. Основные понятия.
Согласно ГОСТ 14691 «Устройство исполнительное для систем автоматического регулирования» представляет собой устройство системы автоматического управления или регулирования, воздействующее на процесс в соответствии с полученной командной информацией. При этом имеется в виду, что исполнительное устройство состоит из двух функциональных блоков: собственно исполнительного механизма и регулирующего органа и может оснащаться дополнительными блоками. Так что же такое исполнительный механизм в концепции исполнительного устройства систем автоматизации? Приведем необходимые для дальнейшего понимания материала определения и некоторые сопутствующие комментарии преимущественно в авторской трактовке, но базирующиеся на общепринятых в данной предметной области понятиях. Ниже курсивом выделены некоторые производные (наследуемые) понятия от понятия «исполнительный механизм» (понимаемое как родовое понятие).
Исполнительный механизм (ИМ) – термин (понятие) инженеров по автоматизации. Существует достаточно много определений понятия «Исполнительный механизм». В различных энциклопедических словарях (БСЭ, Википедии, Англо-русском словаре технических терминов и др.) приводится та или иная трактовка этого понятия. Различия понятий определяются, прежде всего, различными воззрениями исследователей на проблему управления техническими объектами, степенью обобщения отраслевых и межотраслевых понятий, а также отраслевой спецификой (объекты электроэнергетики и теплоэнергетики, объекты атомной энергетики, металлорежущие станки, роботы и манипуляторы, общепромышленные механизмы и т.п.).
В наиболее общей трактовке под ИМ понимают любой механизм, осуществляющий воздействие на технический (технологический) объект управления по сигналам оператора или от системы управления (пульта управления оператора, промышленного логического контроллера (ПЛК), контурного регулятора и т.п.). При этом подразумевается, что ИМ воздействует на некий рабочий орган (РО) объекта управления (рабочую машину). Рабочими машинами в этом случае могут быть, например, ядерный реактор или крановые установки. К рабочим органам в этом случае могут относиться, например, графитовые стержни замедлителя ядерного графитоводяного реактора, механизмы перемещения и подъема мостового, козлового, портального крана и т.п.
В частном случае, ИМ – это устройство в системе автоматического регулирования и (или) дистанционного управления, непосредственно осуществляющее механическое перемещение (поступательное или вращательное) рабочего органа трубопроводной арматуры объекта управления. При этом подразумевается, что рабочим органом является регулирующий орган (РО), который принадлежит той или иной запорно-регулирующей арматуре (ЗРА). Изменение положения регулирующего органа вызывает изменение потока энергии или материала, поступающих на объект, и тем самым, воздействует на рабочие машины (механизмы и технологические процессы), устраняя тем самым отклонения регулируемой величины от заданного значения.
Вместе с тем, в соответствие с ГОСТ Р 52720-2007 термин «регулирующий орган» не является рекомендуемым к употреблению, а если и употребляется, то в понимании «регулирующий клапан».
На рис. 1.1. приведена классификация основных видов трубопроводной арматуры систем водоснабжения, две левые «ветви дерева» которой относятся к ЗРА.
Рис. 1.1. Классификация трубопроводной арматуры
ЗРА характеризуется множеством параметров, в частности конструкцией, типом привода, условным диаметром прохода Ду (от 20 мм до 3 м) и др. При этом собственно регулирующий орган, осуществляющий непосредственный контакт и взаимодействие с технологической средой (веществом, материалом или теплоносителем), призван изменять количественные или качественные характеристики вещества или материала.
Следует отметить, что ИМ иногда различают в зависимости от конструкции на простые (двухпозиционные), которые могут перемещать рабочий орган из одного крайнего положения в другое крайнее, и на сервоприводы, которые могут перемещать рабочий орган в любое положение в зависимости от управляющего сигнала и определять положение органа в пространстве. Поэтому под исполнительным механизмом часто понимают именно сервопривод (от латинского service – рабочий, слуга, и механизм), т.е. исполнительное устройство, используемое в качестве вспомогательного исполнительного привода элементов следящих систем управления, рулевых устройств и т.п.
В англоязычной литературе также имеются различные трактовки понятия «Исполнительный механизм»: actuating device, actuating unit, actuator, executive device, actuating mechanism, executing mechanism, operating mechanism.
Отсюда понятно, что основные различия в определении понятия «Исполнительный механизм» лежат в проблеме стандартизации понятий «Рабочая машина», «Рабочий орган», «Регулирующий орган». До настоящего времени эти понятия трактуются достаточно произвольно.
В дальнейшем, дабы не обременять читателей возможными интерпретациями понятия «Исполнительный механизм», будем полагать, что он воздействует на некие рабочие органы (РО) рабочих машин, а, в тех случаях, когда идет речь об управлении ЗРА, – на регулирующие органы (регулирующие клапаны) ЗРА (собственно клапаны, затворы, шиберы, заслонки, щаровые или пробковые краны и др.), которые будем также обозначать аббревиатурой «РО».
Основными управляемыми координатами ИМ являются координаты механического движения – положение и скорость ИМ (угловые или линейные) или эти же координаты, приведенные к координатам движения РО. Вместе с тем, поскольку ИМ совместно с РО может воздействовать на технологические координаты (температуру, расход, давление, концентрацию, уровень и др.) объекта управления, то зачастую именно эти координаты рассматривают как управляемые координаты ИМ.
В большинстве случаев ИМ работают от посторонних источников энергии и требуют применения соответствующих силовых преобразователей энергии (СПЭ), так как непосредственное (прямое) управление ими от первичных элементов регулирования (реле, датчиков и др.) невозможно вследствие их малой мощности, недостаточной для воздействия на выходной элемент рабочего (регулирующего) органа.
Важными понятиями в отношении ИМ ЗРА являются рабочая среда, перестановочное усилие и выходной элемент.
Рабочая среда ИМ – внешняя среда, создающая условия для управления движением исполнительного механизма (электрическая энергия, энергия давления воздуха или жидкости).
Перестановочное усилие – усилие, создаваемое рабочей средой ИМ, и передаваемое выходным элементом исполнительного механизма регулирующему органу.
Выходной элемент – элемент исполнительного механизма, передающий перестановочное усилие или вращающий момент регулирующему органу (кулачок, рычаг, фланец, шток и т.п.).
ИМ обычно состоит из привода, передачи и элементов управления, а также элементов обратной связи, сигнализации, блокировки и др.