4. ЗОНЫ НЕЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ

Дадим определение понятия нечувствительности системы автоматического регулирования.

Если на вход системы или ее элементов, обладающих нечувствительностью, подается сигнал, то пока величина этого сигнала не превысит некоторого определенного значения на выходе, не возникнет никакого ответного сигнала. Это пороговое значение входного сигнала определяет величину нечувствительности данного устройства или системы.

Пороговые значения входных сигналов разных знаков (разных направлений) определяют величину зоны нечувствительности.

Для выявления зоны нечувствительности снимается статическая характеристика системы или ее элемента, представляющая зависимость выходного сигнала (выходной координаты) от входного сигнала (входной координаты).

Зона нечувствительности отразится в виде некоторого участка статической характеристики, расположенного по оси абсцисс (ось входной координаты) около начала координат с ординатой (выходная координата), равной нулю.

Появление зон нечувствительности в характеристиках различных элементов может вызываться различными причинами, зависящими от конструктивного выполнения данного устройства, типа его, вида вспомогательной энергии и т. д. Заметим при этом, что как природа нечувствительности, так и то, в характеристике какого элемента системы автоматического регулирования имеется зона нечувствительности (чувствительного, усилительного, исполнительного и т. п.), существенно различно влияет на динамику системы. В одних случаях наличие зоны нечувствительности может вызвать неустойчивость системы или автоколебания ее, а в других случаях, наоборот, способствовать устойчивости и подавлению автоколебаний.

Нечувствительность может вызываться, например, перекрышами в управляющих элементах типа сопло — заслонка; перекрышами в пневматических и гидравлических золотниках; предварительным поджатием нулевых пружин; сухим трением в подвижных частях различных элементов систем автоматического регулирования (чувствительном, измерительном, усилительном, исполнительном и т. д.); внешней нагрузкой постоянного действия и другими видами нагрузки; зазорами в шарнирных и зубчатых соединениях элементов, контактным давлением в реле, определяющим ток срабатывания, и т. п.

Приведем ряд примеров устройств автоматического регулирования, обладающих нечувствительностью, вызванной одним из перечисленных факторов, а также рассмотрим, как влияет этот фактор на вид статической характеристики.

На рис. VI. 17 изображена схема пневматического усилителя, состоящего из управляющего элемента типа сопло—заслонка и мембранного исполнительного механизма. Входной координатой является угол поворота заслонки выходной координатой — перепад давлений воздуха по сторонам мембраны Статическая характеристика этого элемента изображена на рис. VI. 18. Характеристика — однозначная, и зона нечувствительности определяется только углом перекрыши заслонки. Эта характеристика показана на рис. VI.18 сплошной линией 1. Если сопла пневмоусилителя приводятся через зубчатую передачу, как это изображено на рис. VI. 19, то статическая характеристика пневмоусилителя вследствие наличия зазора в передаче будет иметь петлевой вид (рис. VI.20). Входной

координатой будет угол поворота конического зубчатого колеса Зона нечувствительности определится не только углом перекрыши заслонки например, рис. VI. 17 и VI. 18), но и зазором в передаче А. Величина ее, приведенная к углу поворота ведущей шестерни, равна

Рис. VI. 17. Схема пневматического усилителя

Влияние перекрыши золотника, предварительного поджатия нулевой пружины и сухого трения в золотнике на нечувствительность и соответствующие этим случаям статические характеристики нами уже рассмотрены.

Рис. VI. 18. Статическая характеристика пневмоусилителя

На рис. VI.21 изображена схема передающего устройства с зазором и нулевой пружиной, удерживающей поводок в среднем положении. Статическая характеристика такого элемента изображена на рис. VI.22. Существенным здесь является то, что, несмотря на наличие зазора, характеристика не имеет петли и является однозначной. Зона нечувствительности определяется величиной зазора. Характеристика такого же устройства, но без нулевой пружины (рис. VI.23, а), уже неоднозначна. Зона нечувствительности по-прежнему равна зазору А (рис. VI.24).

На рис. VI.23, б изображена схема устройства, имитирующего трение вала в колодке. Момент, прикладываемый на вход, пропорционален углу скручивания а. Величина момента сухого трения пропорциональна Устройство имеет такую же характеристику, как и на рис. VI.24 (с петлей, ширина которой равна А). Зона нечувствительности также равна А.

На рис. VI. 14 показана принципиальная схема управления электроприводом с помощью реле, которую мы уже рассматривали. Пусть входной координатой является угол поворота подвижного контакта (якоря) реле а, а выходной координатой — напряжение на клеммах электродвигателя и. Если коэффициент возврата реле можно не учитывать и считать равным единице, то статическая характеристика такой системы будет иметь вид, графически изображенный на рис. VI.25.

Рис. VI. 19. Схема управляющего элемента сопло—заслонка с приводом через зубчатую передачу (в передаче имеется зазор)

Рис. VI.20. Статическая характеристика усилителя при наличии зазора в передаче

Характеристика является однозначной релейного типа. Зона нечувствительности в этом случае определяется расстоянием между контактами.

На рис. VI.26 приведена схема гидравлического исполнительного механизма, управляемого струйной трубкой. В подвижных частях привода имеется трение (в подшипниках, в уплотнении, между поршнем и цилиндром и т. п.). Гидропривод не нагружен. Входной координатой является угол поворота струйной трубки а выходной координатой — скорость перемещения поршня гидропривода .

Статическая характеристика такого устройства изображена на рис. VI.27. Характерным является то, что влияние сухого трения в этом случае аналогично влиянию перекрыш в отсечном золотнике. Характеристика в таких координатах не имеет петли. Попутно отметим, что сухое трение в гидроприводах с отсечными золотниками будет сказываться по-иному: в статических характеристиках типа при постоянном давлении масла перед золотником проявление его нельзя будет обнаружить,

(кликните для просмотра скана)

Как видно из рис. VI.27, зона нечувствительности для рассматриваемого устройства определится величиной силы сухого трения.

Если такой привод со струйной трубкой работает на преодоление сопротивления, пропорционального его перемещению (пружинная нагрузка), то его статическая характеристика в координатах (перемещение привода) и (отклонение струйной трубки) будет иметь петлю, ширина которой определяется величиной силы сухого трения.

Отметим, что если гидроприводу, управляемому струйной трубкой, приходится преодолевать нагрузку постоянной величины то зона нечувствительности его увеличивается. В этом случае характеристика будет иметь вид, показанный на рис. VI.27 штриховой линией. В то же время у гидропривода, управляемого отсечным золотником, нагрузка такого рода не вызовет увеличения зоны нечувствительности.

Влияние зазоров между контактами и контактного давления на нечувствительность и соответствующие этим случаям характеристики нами были рассмотрены ранее.