Интегрирующие звенья

1. Идеальное интегрирующее звено.

Уравнение движения звена - dx_вых/dt=K·x_вх;

В операторной форме - S·X_вых(S)=K·X_вх(S);

Передаточная функция - W(S)=K/S

пример звена: редуктор, на входе которого – частота вращения; на выходе – угол поворота.

Частотная передаточная функция

W(iω)=K/iω=0-i·K/ω;

A(ω)=K/ω; φ(ω)=arctg(-K/ω·0)=-π/2 - фазовый сдвиг;

L(ω)=20·lgA(ω)=20·lg(K/ω)=20·lgK-20·lgω;

L(1)=20·lgK;

2. Реальное интегрирующее звено.

Уравнение движения в дифференциальной форме - d²x_вых/dt² + dx_вых/dt = K·x_вх;

В операторной форме - S²·X_вых(S)+S·X_вых(S)=K·X_вх(S);

Передаточная функция - W(S)=K/(S·(T·S+1))

Пример звена: электродвигатель, обладающий инерционностью подвижных элементов.

T_M=Ј·Ω_xx/M_П; Эл. двигатель, у которого на выходе надо получить угол поворота.

W(i·ω)=K/(i·ω·(T·i·ω+1))=-K·T/(1+T²·ω²)-i·K/(ω·(1+T²·ω²))

A(ω)=K/(ω·(1+T²·ω²)^1/2); φ=-π+arctg(1/T·ω);

A(0)→∞; A(∞)→0; φ(0)=-π/2; φ(∞)=-π;

L(ω)=20·lgA(ω)=20·lgK-20·lgω-20·lg(1+T²·ω²)^1/2

Общие свойства интегрирующих звеньев:

1) скорость изменения выходного сигнала пропорциональна величине входного сигнала;

2) все звенья вносят фазовые отставания;

3) сигнал на выходе звена может присутствовать даже при отсутствии сигнала на входе;

4) звенья плохо пропускают сигналы высокой частоты.

Дифференцирующие звенья

1) Идеальное дифференцирующее звено.

Пример реализации: тахометр в режиме тахогенератора.

Звено компенсирует фазовые отставания.

2. Реальное дифференцирующее звено.

Пример реализации: тахометр в режиме тахогенератора с учётом инерционности вращательных элементов.

Общие свойства дифференцирующих звеньев:

1. Величина выходного сигнала прямо пропорциональна скорости изменения входного сигнала (для установившегося режима).

2. Все звенья компенсируют фазовые отставания.

3. Звенья плохо пропускают низкочастотные сигналы.

Процесс резания как динамическое звено сау

Передаточная функция процесса резания:

- особенно характерно для черновой обработки.

При чистовой время запаздывания τ→0, и процесс резания представляется как инерционное звено.

- чистовая обработка.

С точки зрения инерционных свойств, процесс резания можно разделить на малоинерционные и инерционные.

К малоинерционным процессам относятся: протягивание, строгание, долбление. Т≤0,01с.

К инерционным: точение, сверление, шлифование. Т≈0,5t₁=0.5*(60/nz),

z – кол-во режущих кромок инструмента.

В МРС можно разделить на несколько групп:

• Тяжелые: Т=0,5…1,5с

• Средние: Т=0,03…0,25с

- передаточный коэффициент для процесса резания.

Технические средства тау

Датчик – прибор, являющийся первичным преобразователем, преобразующий 1 физическую величину (температуру, малые перемещения) в другую более удобную для дальнейшего использования (сила тока, напряжение).

Требования: чувствительность; использование должно исключать влияние побочных факторов; не должен влиять на состояние конкретного объекта; простая конструкция, высокая надежность, низкая стоимость.

Нормирующие преобразователи — устройства, преобразующие, сигнал одной физической природы в эквивалентный унифицированный сигнал другой физической природы. Они служат для обеспечения совместной работы в автоматических системах средств регулирования, имеющих различную физическую основу. Например, электропневматический преобразователь преобразует электрические сигналы в эквивалентные значения пневматического сигнала. Необходимость преобразования сигналов одной физической природы в сигнал другой физической природы часто возникает также по условиям повышения надежности при дистанционной передаче сигналов. Так, если пункт управления находится от объекта на расстоянии более чем 300 м, а по условиям взрывоопасное на объекте установлена аппаратура пневмоавтоматики, то ее пневматический сигнал с помощью пневмоэлектропреобразователя преобразуется в эквивалентный электрический сигнал, который и передается через систему дистанционной передачи на аппаратуру электроавтоматики, расположенной на пункте управления объектом.

Функциональные преобразователи — это преобразователи, которые при поступлении на вход сигнала формируют на выходе изменение сигнала во времени по определенному закону. Простейшим ; примером такого функционального элемента может служить электродвигатель М автоматической системы регулирования (см. рис. 1.3). При поступлении на электродвигатель постоянного, напряжения (вход элемента) его входной вал (выход элемента) начинает по линейному закону перемещать движок автотрансформатора AT. В общем случае закон изменения выходного сигнала может иметь достаточно сложную зависимость в функции времени, что подробно рассмотрено ниже.

Принцип действия дифференциального индуктивного датчика заключается в изменении коэффициента самоиндукции L катушки с незамкнутым ферромагнитным сердечником, если изменяется воздушный зазор в магнитопроводе катушки, коэффициент L связан с воздушным зазором h; при уменьшении h – L увеличивается.

Дифференциальный индуктивный преобразователь включается в мостовую схему. При равновесном состоянии ампер-витков на первичной обмотке, отсутствие ампер-намагничивающих витков приводит к тому, что выходное напряжение равно 0. При разбалансировке, когда сопротивление обмоток датчика отличается друг от друга из-за разных коэффициентов L, сила тока в одной половине первичной обмотки выше, чем в другой. Появляются разносильные ампер-витки, возникает переменный маленький поток и во вторичной обмотке действует ЭДС. Таким образом, перемещение измерительного штока преобразователя вызывает появление ЭДС на вторичной обмотке.

Для измерения крутящего момента используют также тензометрические датчики. Тензометрический проволочный датчик представляет собой бумажную основу, на которой петлеобразно уложена тонкая проволока К. Такой преобразователь наклеивают на деформируемый объект. При деформации объекта изменяется длина проволоки датчика, а отсюда изменяется и К, длина L, поперечное сечение S_n, и удельное сопротивление .

Недостаток: необходимость использования токосъемных устройств в виде колец, изолированных от вала и щеток.

Термопары. Контроль температуры в зоне обработки осуществляется термопарами. Инструмент – объект обработки. Их выполняют из различных металлов. Место их контакта – это горячий спай, холодный спай – место, откуда снимается термоЭДС, имеет температуру окружающей среды.

Пьезопреобразователи

Усилители. Механические усилители характеризуются простотой конструкции и малым коэффициентом усиления. Механические усилители малоинерционны и при точном изготовлении описываются линейными уравнениями. Усилители – устройства, повышающие энергетический уровень (мощность, напряжение, сила тока) некоторой информации за счет энергии источника.

Гидравлические, пневмонические усилители. Плюсы: плавность работы; широкий плавно изменяющийся диапазон регулирования; большие коэффициенты усиления (по первым двум – нет равных гидравлическим: при плавном регулировании 20-кратный диапазон, если используется электродвигатель; со специальными электромашинами – 50; гидро-пневмопривод дает 200-кратный диапазон). Коэффициент усиления по мощности гидроусилителей составляет 1000 и 10000 и может достигать 10⁶-10⁹. сложность работы с гидроприводом связана с высокими давлениями и сложными соединениями штоков. Составляющие гидропривода: золотник; сопло + дроссельная заслонка; струйная трубка. Постоянная времени составляет 10^-4-10^-1 с. И зависит от конструкции.

Электрические усилители. Плюсы: широкий диапазон выбора коэффициентов усиления, чувствительность, универсальность применения, практическая независимость от многих внешних факторов. Наиболее распространенной конструкцией усилителей электрического типа: магнитные, электронные, транзисторные (тиристорные), полупроводниковые. По способности работать с минимальными входными сигналами предпочтение отдается электронным и полупроводниковым усилителям (характеризуются малыми размерами), которые являются нелинейными элементами релейного типа.

Неэлектрические: гидравлические и пневматические, механические (рычаг, редуктор, мультипликатор).

Электрические: электронные (требуют для своего управления очень малую мощность, можно считать безинерционными), полупроводниковые (очень высокий КПД, большой срок службы, можно считать безинерционным), тиристорные (используются, где надо управлять электрическими приводами, работающими на постоянном и переменном токе; безинерционные; малое внутреннее сопротивление в открытом состоянии), магнитные (надежность; высокий КПД; возможность сравнения; инерционность). Устройство действует на основании использования нелинейности кривой намагничивания ферромагнитных метолов (обмотка управления, две одинаковые обмотки, включаемые последовательно, внешняя обратная связь).

Исполнительные устройства. Последний каскад в САУ, воздействующий на регулирующий элемент или объект. Они не имеют различные по природе выходные величины (механические, электрические, световые и др.).

Серводвигатели – двигатели небольшой мощности, с помощью которых осуществляется механическое воздействие на регулирующий элемент.

Исполнительное устройство включает: исполнительный двигатель, рабочий орган и элементы, обеспечивающие передачу сигнала от двигателя к рабочему органу.

1. с постоянной скоростью. Почти все электрические исполнительные механизмы переменного тока, если их электродвигатели не подключены по специальной схеме;

2. с переменной скоростью. Гидравлические, пневатические.

Требования: отношения кинетических энергий подвижных частей должны быть минимальными, выходной сигнал по возможности должен быть пропорционален входному.