6. СЛОЖНЫЕ ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ В ПНЕВМАТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВАХ
За последние годы разработаны новые комплексы пневматических элементов автоматики, из которых возможно формировать различные пневматические регуляторы и иные автоматические устройства. Эти комплексы состоят из отдельных блоков, каждый из которых выполняет определенные функции. Некоторые блоки содержат в себе пневматические ОС.
Рассмотрим еще один пример применения обратных связей в пневматических устройствах, используемых в автоматических системах управления. На рис. XIV.15 показана принципиальная схема так называемого блока предварения пневматической агрегатной унифицированной системы 
Он предназначен для создания пропорционально-дифференциального (ПД) закона регулирования, т. е.
где 
— давления сжатого воздуха соответственно на выходе и входе блока;
— постоянная времени дифференцирования.
Согласно уравнению (XIV.50) в статических режимах давление воздуха на выходе блока равно давлению на входе, а в переходных режимах изменение давления воздуха на выходе блока пропорционально как входному давлению, так и скорости его изменения.
Камеры А, Б, В, Г (рис. XIV. 15) представляют вместе двухкаскадный пневматический усилитель мощности; камера Д является камерой жесткой отрицательной обратной связи; камера Е — камера входного (управляющего) сигнала; камера 
(камера предварения) совместно с дросселем 10 составляют инерционную жесткую 
, наконец, камера 3 — это камера жесткой положительной обратной связи.
Изменение давления 
воздуха в камере Е вызывает перемещение штока с заслонкой 
относительно сопла 1.
Рис. XIV. 15. Принципиальная схема блока предварения пневматической агрегатной унифицированной системы: 1 — сопло; 2 — заслонка; 3 — дроссель с постоянной площадью проходного сечения; 4 — жесткие перегородки; 5 — мембраны; 6 — шток-сопло; 7 — пружины; 8 шариковый клапан; 9 — корпус; 10 — дроссель с переменной площадью сечения
Это приводит к изменению давления в камере Г, перемещению шток-сопла 6 и шарикового клапана 8. Проходное сечение между шариком и седлом изменяется и в результате изменяется давление 
воздуха на выходе блока. В начальный момент блок работает как обычный усилитель со статическим коэффициентом усиления, равным 
Величина коэффициента усиления 
при рткрытом дросселе 10 равна единице, а при закрытом дросселе близка к десяти. Давление воздуха рвых на выходе блока передается в камеры 
и 3. Однако из-за наличия дросселя 10 перед камерой 
давление воздуха в этой камере устанавливается равным давлению на выходе не сразу, а по прошествии некоторого времени, называемого временем предварения. Это время является параметром настройки автоматического регулятора, в схему которого входит блок. Время предварения можно изменять путем изменения открытия дросселя 10.
Приближенно изменение давления 
сжатого воздуха в камере 
если считать процесс изменения состояния воздуха изотермическим, можно описать следующим уравнением:
где V — объем камеры Ж; 
— газовая постоянная; Т — абсолютная температура воздуха; у — средний удельный вес воздуха; 
— объемный расход воздуха.
Принимая, что объемный расход воздуха через дроссель 10 прямо пропорционален имеющемуся в каждый момент времени перепаду давлений рвых — 
(ламинарный режим движения воздуха), получим
где а — постоянный коэффициент пропорциональности.
Уравнение (XIV.52) можно записать также в виде
где 
— постоянная, равная
Через время 
примерно равное 
и называемое временем предварения, давление воздуха в камере 
сравняется с давлением воздуха на выходе блока, заслонка 2 займет несколько иное положение, чем в момент начала изменения давления воздуха на входе, а мембраны блока придут в новое положение равновесия. При открытом дросселе 10 новое равновесное положение наступает тогда, когда давление воздуха в камерах 
и 3 становится равным входному давлению 
Согласно уравнению (XIV.53) передаточная функция отрицательной обратной связи, образованной камерой 
с дросселем 10, равна
Подобная передаточная функция соответствует инерционной ОС в виде апериодического звена первого порядка. В результате структурная схема блока предварения может быть представлена идеализированно в виде усилительного звена с бесконечно большим коэффициентом усиления, охваченного инерционной ОС с передаточной функцией (XIV.55). В этом случае возникает закон регулирования, описываемый уравнением (XIV.50). В реальных условиях блок предварения создает закон регулирования, немного отличающийся от идеального пропорционально-дифференциального закона регулирования (XIV.50), так как ОС, введенная в блок, не дает чистого дифференцирования, а двухкаскадный пневматический усилитель совместно с отрицательной (камера Д) и положительной (камера 3) обратными связями имеет коэффициент усиления, близкий к десяти. Такой коэффициент усиления определяется небольшой разностью
эффективных площадей мембран в камерах Д и 3 (эффективная площадь мембраны в камере Д лишь немного больше эффективной площади мембраны в камере 3).
Итак, рассмотренные пневматические ОС представляют собой параллельные корректирующие устройства. При этом необходимо иметь в виду, что существуют и применяются и другие типы пневматических ОС. Кроме того, их использование не исключает, конечно, возможности введения в пневматические системы автоматического уравнения и последовательных корректирующих устройств.
ЛИТЕРАТУРА
(см. скан)
