ГЛАВА XIV. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ И ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ КОРРЕКТИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

В качестве корректирующих устройств в системах автоматического регулирования и управления широкое распространение получили обратные связи осуществляющие воздействие последующего элемента системы на какой-либо из предыдущих. Так, в гидравлических системах автоматики ОС создает часто воздействие исполнительного гидравлического двигателя на гидравлический усилитель.

Различают положительные и отрицательные обратные связи.

Положительной обратной связью называется связь, подающая на вход какого-либо элемента автоматического устройства воздействие с тем же знаком, что и основное входное воздействие, поступающее от другого элемента.

Рис. XIV. 1. Структурные схемы автоматических устройств: а — с положительной обратной связью; б — с отрицательной обратной связью

На рис. XIV. 1, а показано, например, автоматическое устройство, состоящее из усилителя 1 и исполнительного двигателя 2, которые охвачены положительной обратной связью 3. В этом случае воздействие поступающее на усилитель, равно сумме основного входного воздействия и воздействия обратной связи.

Отрицательная обратная связь ОС представляет собой связь, подающую на вход какого-либо элемента автоматического устройства воздействие, противоположное по знаку основному входному воздействию от другого элемента. Схема автоматического устройства с отрицательной ОС показана на рис. XIV. 1, б.

Положительные и отрицательные обратные связи подразделяются также на жесткие и гибкие. Имеются различные виды жестких и

гибких ОС, каждый из которых характеризуется определенным уравнением, описывающим зависимость между выходной и входной величинами устройства отрицательной ОС.

Наибольшее распространение в гидравлических и пневматических САР получили отрицательные ОС различных видов.

В соответствии с характером формируемого закона управления гидравлические и пневматические корректирующие устройства классифицируются следующим образом: пропорциональные (статические); пропорционально дифференциальные (с предварением); интегральные (астатические); пропорционально-интегральные; пропорционально-интегрально-дифференциальные; релейные.

1. ЖЕСТКИЕ ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ В ГИДРАВЛИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВАХ

В автоматических устройствах, содержащих гидравлические элементы, обратная связь представляет часто механическое звено, выполненное в виде лекала или рычага, включенных между гидравлическим двигателем и гидравлическим усилителем. В качестве примера на рис. XIV.2 приведена принципиальная схема гидравлической системы усилитель — двигатель с механической жесткой отрицательной обратной связью [3], [5].

Рассматриваемая гидравлическая система состоит из гидравлического усилителя 1 с золотником и гидравлического двигателя 2 поршневого типа. При этом гидравлический двигатель воздействует на гидравлический усилитель через рычаг Л В ОС. В результате в каждый момент времени работы системы суммарное перемещение 8 плунжера золотника зависит от основного входного воздействия на систему (перемещение точки А рычага обратной связи) и от воздействия ОС, пропорционального перемещению поршня гидравлического двигателя, т. е.

где — длины плеч рычага ОС.

При наличии сигнала рассогласования (перемещения ) плунжер золотника смещается с нейтрали и поршень гидравлического двигателя перемещается в таком направлении, при котором плунжер будет вновь установлен в нейтральное положение. Каждому входному воздействию соответствует свое перемещение поршня гидравлического двигателя.

Другим примером применения в гидравлических устройствах механических обратных связей является гидравлический вибрационный контур, принципиальная схема которого показана на рис. XIV.3 [2]. В вибрационном контуре гидравлический усилитель со струйной трубкой 1 и подключенный к нему гидравлический двигатель 4 поршневого типа охвачены жесткой ОС. При подаче рабочей жидкости от источника питания в гидравлический усилитель струя

жидкости, истекающая из струйной трубки, попадает в одно из приемных сопел 3. Давление рабочей жидкости в соответствующей полости гидравлического двигателя повышается и его поршень приходит в движение. Шток поршня через плечо 6 связан с одной из пружин 2 и со штоком демпфера 7.

Плечо 6 и пружины 2 составляют вместе жесткую ОС. Во время движения поршня гидравлического двигателя натяжение пружин изменяется так, что струйная трубка отклоняется в направлении движения поршня и переходит свое нейтральное положение. В этот момент рабочая жидкость начинает поступать в другое приемное сопло и поршень гидравлического двигателя меняет направление движения, вновь отклоняя струйную трубку за нейтральное положение.

Рис. XIV.2. Схема гидравлической системы усилитель — двигатель с механической ОС

Рис. XIV.3. Принципиальная схема гидравлического вибрационного контура с механической ОС

Таким образом, наличие в данной гидравлической системе усилитель — двигатель механической жесткой ОС приводит к возникновению установившихся незатухающих колебаний поршня гидравлического двигателя, совершаемых с большой частотой и малой амплитудой. Путем изменения массы подвижных частей 5, степени демпфирования (за счет открытия или закрытия дросселя 8) и жесткости пружин 2 возможно изменять частоту и амплитуду колебаний, генерируемых контуром.

Рассмотренные обратные связи по своему принципу действия не являются гидравлическими, хотя и применяются, как было отмечено выше, в системах с гидравлическими элементами. Однако существуют и используются подобные ОС чисто гидравлического типа. На рис. XIV.4, а приведена принципиальная схема гидравлической системы усилитель — двигатель с простейшей гидравлической жесткой ОС. Рабочая жидкость под постоянным давлением подается в гидравлический усилитель 1 с золотником, имеющий отрицательное перекрытие I окон в гильзе. Полости гидравлического двигателя 2 поршневого типа через капиллярные или профилированные каналы 3 на штоке соединяются с линией слива, где давление равно Если плунжер золотника находится в нейтральном

положении, в котором отрицательные перекрытия окон в гильзе одинаковы, то расход рабочей жидкости через гидравлический усилитель и полости гидравлического двигателя на линию слива постоянен. В этом случае давления рабочей жидкости в междроссельных камерах А и Б и расходы жидкости в каждой ветви гидравлического моста (см. рис. XIV.4, б), образованного дросселями и 3 (золотник), 2 и 4 (профилированные каналы), одинаковы. При смещении плунжера золотника с нейтрального положения изменяются отрицательные перекрытия окон в гильзе, а следовательно, площади проходных сечений дросселей и 3. В одном дросселе площадь проходного сечения уменьшается, а в другом — увеличивается.

Рис. XIV.4. Гидравлическая система усилитель—двигатель с гидравлической ОС: а — принципиальная схема; б — структурная схема

В силу этого давление рабочей жидкости в одной междроссельной камере уменьшается, а в другой увеличивается и изменяются также расходы рабочей жидкости через ветви моста. Возникший при этом перепад давлений в междроссельных камерах приводит поршень в движение. При перемещении поршня изменяются площади проходных сечений (и, как следствие, гидравлические сопротивления) профилированных каналов, т. е. дросселей 2 и 4 в гидравлическом мосте. В одном дросселе, опять-таки, площадь проходного сечения уменьшается, а в другом одновременно увеличивается. Перемещение поршня гидравлического двигателя (координата ) продолжается до тех пор, пока давления рабочей жидкости в междроссельных камерах вновь не будут равны друг другу. Каждому перемещению плунжера золотника от нейтрального положения соответствует определенное положение поршня гидравлического двигателя. Однако реальной физической величиной, с которой суммируется воздействие ОС в данной гидравлической системе, является перепад давлений. Рассмотренная гидравлическая система усилитель — двигатель находит применение в системах регулирования с небольшой выходной мощностью и преимущественно при постоянной нагрузке на гидравлический двигатель.