ГЛАВА XIII. РАБОТА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СЕРВОМЕХАНИЗМА НА НИЖНЕМ ПРЕДЕЛЕ ДИАПАЗОНА РЕГУЛИРОВАНИЯ

При малых значениях и определенных формах управляющего сигнала, а также при небольших (по сравнению со значениями соответствующих нелинейных эффектов) возмущающих воздействиях гидропривод не может считаться грубой системой, а линейная аппроксимация перестает отражать действительно происходящие в гидроприводе процессы, описываемые системой двух уравнений, устанавливающих связи между двумя взаимно независимыми компонентами вектора входа и двумя фазовыми координатами системы, определяющими состояние гидропривода.

Когда эффект действия управляющего сигнала соизмерим с утечками, их зависимость от угла поворота гидромашины приводит к возникновению параметрических колебаний, ограничивающих диапазон работы гидропривода со стабильными значениями скорости.

При малых скоростях эффект падающей характеристики трения приводит к возникновению разного рода автоколебаний и бифуркационным эффектам, по тем же причинам ограничивающих диапазон регулирования гидропривода.

Понижение значений эффективного момента (имеет место при малых возмущающих воздействиях и небольших управляющих сигналах), от которого зависит значение динамической податливости, приводит к возникновению скачкообразного резонанса и существенным изменениям амплитуды регулируемой переменной при небольших изменениях частоты. В этом случае регулирование гидропривода затруднено.

В тех же условиях эффект действия сухого трения обусловливает зону нечувствительности гидропривода, зависящую от частоты, а также возможность возникновения неравновесных остановов, области существования которых зависят от статической и динамической податливости гидропривода.

Диапазон работы гидропривода ограничивается определенными значениями эффективного момента, как наибольшими (эффект насыщения), так и перечисленными наименьшими и при необходимости работы гидропривода на нижнем пределе диапазона регулирования оценка его работы осуществляется приемами, разработанными применительно к нелинейным сервомеханизмам-четырехполюсникам,

Аналитические приемы оценки нелинейностей, связанных с эффектами насыщения, в настоящее время разработаны недостаточно, особенно применительно к оценке влияния приводных двигателей и источников энергии. Однако существующие аналитические и структурные представления регулярных сервомеханизмов позволяют осуществлять такую оценку при помощи ЦВМ в случае подробной конкретизации структур и их параметров.

1. КЛАССИФИКАЦИЯ НЕЛИНЕЙНОСТЕЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПРИВОДОВ

Большинство исполнительных устройств САУ относится к числу преобразователей энергии, математическая модель которых описывается уравнениями

где — соответственно безразмерный управляющий сигнал и возмущающее воздействие (входные переменные или компоненты вектора входа);

— соответственно скорость и эффективный момент исполнительного двигателя (фазовые координаты или компоненты вектора выхода);

— скорость холостого хода.

Применительно к гидроприводу — характерный размер гидромотора и — перепад давления на гидромоторе. При отсутствии упругого сэпротивления движению (шарнирный момент) оператор потерь где и — динамическая и статическая податливости соответственно, а оператор нагрузки где и — инерционная нагрузка и активное сопротивление соответственно.

Работа исполнительного устройства на нижнем пределе диапазона регулирования, характеризуемая условием (включая и знакопеременное значение), при котором мощность приводного двигателя может считаться неограниченной сопровождается различного рода нелинейными эффектами. При уменьшении значения управляющего сигнала обычно уменьшаются значения фазовых координат и При значение становится зависимым от угла поворота исполнительного двигателя, а значение — от его скорости. При тех же условиях существенно проявляется влияние зоны нечувствительности, действие которой обычно относят к координате При уменьшении значения проявляется зависимость от во всяком случае для гидравлических исполнительных устройств.

В настоящее время более подробно исследованы особенности нелинейных эффектов пяти типов.

1. Параметрические колебания, возникающие при знакопостоянном управляющем сигнале вследствие зависимости от угла поворота исполнительного двигателя [4] (их иногда смешивают с автоколебаниями).

2. Скачкообразный резонанс и нежелательные субгармонические колебания (не фильтруются линейной частью системы) возникают в слабодемпфированных системах вследствие зависимости сжимаемости рабочей жидкости от перепада давления . В этом случае проявляется влияние нелинейности типа модуль когда

Тот же эффект интенсифицируется при насыщении рабочей жидкости газовоздушной составляющей в процессе эксплуатации гидропривода, а также при уменьшении давления системы компенсации утечек [9].

3. Автоколебания с мягким возбуждением, возникающие в недостаточно демпфированных системах при (при устойчивость системы повышается) и неустойчивой особой точке, происходящие со знакопостоянной скоростью [1].

4. Автоколебания с жестким возбуждением, возникающие в недостаточно демпфированных системах при и устойчивой особой точке, происходящие со знакопостоянной скоростью [7].

5. Периодические движения с неравновесными остановами при симметричном гармоническом сигнале, когда

Существенные особенности имеют место при непостоянстве инерционной нагрузки (например, при связи исполнительного двигателя с нагрузкой с помощью устройств рычажного типа). Модель такой системы сводится к нестационарной нелинейной системе второги порядка, которой свойственна потеря устойчивости на интервале движения, если где — смещение или поворот исполнительного устройства. Соответствующая модель здесь не рассматривается, так как она одинаково характерна не только при работе на нижнем пределе диапазона регулирования, но и для любых иных расчетных режимов работы. Особенности движений с такой нелинейностью анализируются в работе [5].

Поскольку чаще всего указанные нелинейные эффекты нежелательны, точный диагноз причин возникновения особых движений приобретает важное значение. Способы устранения нежелательных автоколебаний и параметрических колебаний разные.