4. ЖЕСТКИЕ ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ В ПНЕВМАТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВАХ

В автоматических системах управления, имеющих пневматические элементы, в качестве корректирующих звеньев также применяются как жесткие, так и гибкие отрицательные обратные связи,

На рис. XIV. 12 приведена упрощенная принципиальная схема жесткой ОС, применяющейся в пневматических системах автоматического регулирования

Выходная линия пневматического усилителя сопло—заслонка соединена не только с исполнительным пневматическим двигателем, но и с камерой в которой находится сильфон 2. Донышко сильфона жестко связано с тягой 3, шарнирно сочлененной другим своим концом с рычагом 4. К рычагу 4 присоединены также шток 5 чувствительного элемента и заслонка 7 пневматического усилителя.

Чувствительный элемент перемещает заслонку 7 относительно сопла 6, поворачивая рычаг 4 вокруг точки Б. Воздействие чувствительного элемента на пневматический усилитель вызывает изменение давления в его выходной линии и перемещение донышка сильфона и тяги обратной связи.

Рис. XIV. 12. Принципиальная схема пневматического усилителя с жесткой ОС

Рис. XIV. 13. Принципиальная схема двухкаскадного пневматического усилителя с жесткой ОС

Это приводит к повороту рычага 4 вокруг оси О и к перестановке заслонки в сторону, противоположную основному входному воздействию. Таким образом, рассматриваемая ОС, которая охватывает пневматический усилитель, действует как отрицательная обратная связь.

В виду того, что каждому давлению воздуха в выходной линии пневматического усилителя соответствует свое перемещение заслонки, данная связь является жесткой. Поэтому можно написать

или

где — выходная величина ОС (перемещение тяги 3);

— площадь донышка сильфона 2;

с — жесткость сильфона;

— передаточный коэффициент ОС.

В результате суммарное перемещение заслонки пневматического усилителя под действием чувствительного элемента и ОС будет

где перемещение штока чувствительного элемента; — плечи рычага 4.

На рис. XIV. 13 изображена принципиальная схема пневматического усилителя, охваченного жесткой отрицательной обратной связью. Усилитель содержит два пневматических каскада усиления. Первый из них выполнен в виде заслонки составляющей с донышком сильфона 3 одно общее целое, сопла 2 и дросселя 4 с постоянной площадью проходного сечения. Второй каскад усиления представляет собой шток-сопло 9, пружины 5, 7 и плоский клапан 8. Питание обоих каскадов усиления осуществляется от общего источника сжатого воздуха под давлением Однако расход воздуха, поступающего к первому каскаду усиления, ограничен дросселем 4, поэтому выходная мощность первого каскада усиления невелика. Основная масса воздуха поступает от источника питания ко второму каскаду усиления, что позволяет значительно увеличить выходную мощность усилителя. На управление усилителем затрачивается небольшая мощность, которую возможно найти как произведение усилия управления на скорость перемещения заслонки . В результате общий коэффициент усиления по мощности (отношение мощности потока сжатого воздуха на выходе усилителя к мощности, затрачиваемой на управление усилителем) достигает относительно большой величины.

Воздействие чувствительного элемента (или датчика) регулятора приводит к изменению усилия управления, пропорционально которому изменяется зазор между соплом 2 и заслонкой 1. При этом

где 80 — начальный зазор между соплом и заслонкой; у — ход сильфона 3, равный перемещению заслонки.

Изменение давления сжатого воздуха в камере Г, возникающее при перемещении заслонки относительно сопла 2, вызывает прогиб мембран 10, перемещение шток-сопла 9 и изменение площади проходного сечения между клапаном 8 и его седлом 6, а следовательно, и расхода сжатого воздуха, поступающего в камеру Б усилителя. В результате изменяются расход и давление воздуха на выходе усилителя. При значительном повышении давления в выходной линии усилителя вследствие каких-либо причин (например, внезапная остановка пневматического двигателя) мембраны 10 прогибаются вверх настолько, что клапан 8 садится на седло 6, а шток-сопло 9 отходит от клапана. В этот момент сжатый воздух выходит из камеры Б через внутренний канал в шток-сопле и камеру В в атмосферу, т. е. второй каскад усиления работает как обычный предохранительный клапан.

Давление воздуха, имеющееся на выходе усилителя, передается в камеру Д (внутреннюю полость сильфона 5), являющуюся камерой обратной связи. Усилце, созданное давлением рвых на донышке сильфона 3, направлено противоположно усилию управления и препятствует

ствует перемещению заслонки 1 в сторону сопла 2. Отсюда следует, что ОС является отрицательной, так как воздействие связи противоположно основному входному воздействию на усилитель. Кроме того, данная ОС является жесткой, поскольку перемещение заслонки (ход сильфона) определяется по выражению

где — площадь донышка сильфона;

с — жесткость сильфона.

В результате введения ОС каждому входному воздействию (усилию управления) соответствует определенное давление рвых воздуха в выходной линии усилителя.