Применение сельсинов в радиолюбительской практике.

Используемые радиолюбителями опорно-поворотные устройства от старых радиолокационных станций типа П-10 (П-12) содержат установленные в одном корпусе с редуктором сельсины.

Сельсин – это устройство для преобразования угловых величин в электрические величины (напряжение и ток).

Использовать сельсины можно в двух вариантах:

• Индикаторное устройство азимутального положения антенны
• Устройство управления положением антенны.

 

54. Работа сельсинов в трансформаторном режиме.

Сельсины, работающие в трансформаторном режиме, конструктивно не отличаются от сельсинов, работающих в индикаторном режиме, и применяются в следящих системах. На рисунке показана схема включения сельсинов, работающих в трансформаторном режиме. Отличие этой схемы от схемы включения сельсинов в индикаторном режиме, состоит в том, что однофазная обмотка В_П сельсина-приемника С-П не включается в сеть переменного тока, а подключается к управляющему блоку усилителя У. При подаче питания в обмотку возбуждения В_Д сельсина-датчика С-Д в обмотках синхронизации потечет ток, который в сельсине-приемнике создаст пульсирующий магнитный поток.

Схема включения сельсинов в трансформаторном режиме

В исходном положении ротор этого сельсина должен быть расположен так, чтобы его ось была ориентирована перпендикулярно оси пульсирующего магнитного потока, созданного обмотками синхронизации. В этом случае оси обмоток В_Д и В_П будут сдвинуты в пространстве на 90° и напряжение на выводах обмотки В_П равно нулю. На усилитель СУ не будет подаваться сигнал, и он не будет давать питание на исполнительный двигатель ИД. Система будет неподвижна.

Если теперь повернуть ротор сельсина-датчика С-Д на какой-либо угол α, то токи в обмотках синхронизации изменятся, и ось магнитного потока в сельсине-приемнике С-П повернется на тот же угол. При этом появится напряжение на обмотке В_П, пропорциональное sin α. На вход усилителя У поступит сигнал. Усиленный сигнал от усилителя У поступает на двигатель ИД, который приводит в действие исполнительный механизм ИМ и одновременно поворачивает ротор сельсина-приемника в такое положение, когда его обмотка В_П снова будет сдвинута на 90° относительно оси обмотки В_Д. В этом положении подача сигнала на усилитель прекращается и привод останавливается. Таким образом, исполнительный механизм будет повторять повороты или вращение ротора сельсина-датчика (будет «следить» за поворотами ротора сельсина-датчика).

 

51. Работа сельсинов в индикаторном режиме.

Схема включения сельсинов в индикаторном режиме показана на рисунке. Один из сельсинов (например, левый) называется датчиком, а другой (правый) приемником. Иногда один сельсин-датчик управляет несколькими приемниками. В индикаторном режиме осуществляется дистанционная передача угла. При этом внешний нагрузочный момент на валу сельсина-приемника практически отсутствует.

Схема включения сельсинов в индикаторном режиме

Обычно вал сельсина-приемника поворачивает стрелку или шкалу измерительного прибора, движок реостата и т. п. Если углы поворота соответствующих обмоток фаз сельсина-датчика β_д и сельсина-приемника β_п по отношению к осям полюсов одинаковы (β_д = β_п) , а обмотки возбуждения сельсинов В_Д и В_Пвключены в одну и ту же сеть, то пульсирующие магнитные поля, созданные этими обмотками, наведут в соединенных друг с другом одноименных обмотках синхронизации одинаковые ЭДС:

Е_АД = Е_АП; Е_ВД = Е_ВП; Е_с,д = Е_с,п

Одноименные ЭДС сельсина-датчика и сельсина-приемника имеют встречное направление, поэтому в обмотках синхронизации не возникает токов и электромагнитные моменты сельсинов равны нулю.

Если теперь повернуть ротор сельсина-датчика на какой-то угол Δβ₁ = β_д — β_п, то одноименные «фазы» сельсинов окажутся не в одинаковых условиях по отношению к магнитным полям и их ЭДС не будут равны (Е_Ад ≠ Е_Ап и так далее). Вследствие этого в обмотках синхронизации возникнут токи, которые, взаимодействуя с магнитными полями, создадут вращающие моменты. Моменты, действующие на роторы сельсина-датчика и сельсина-приемника, направлены в противоположные стороны и под их влиянием угол рассогласования Δβ₁ уменьшится. Если при повороте на Δβ₁ ротор сельсина-датчика будет закреплен, то ротор сельсина-приемника под действием возникшего момента также повернется на угол Δβ₁ и опять, будет выполняться равенство β’_Д = β’_П.

В реальных условиях сельсины всегда дают некоторые погрешности в передаче угла. Эти погрешности вызваны наличием трения в подшипниках и щетках, неточностью изготовления и др. В зависимости от класса точности сельсины позволяют осуществить передачу угла с погрешностью 0,25-2,500.

 

52. Датчики давлений и усилий.

Измерение сил проводится при проведении механических анализов, в гражданском строительстве, при взвешивании, изготовлении протезов и др. В то время как при анализе газообразных сред используется понятие давления, при работе с твердыми телами измеряется сила, приложенная к конкретной точке.

Весоизмерительныетензорезисторные датчики предназначены для преобразования усилия от веса груза в электрический сигнал, пропорциональный прикладываемому усилию.

 

53. Оптические воспринимающие органы.

В качестве воспринимающих органов в оптических датчиках используются фоторезисторы, вакуумные фотоэлементы, фотодиоды, фототриоды и фототиристоры.

У фоторезистора под действием света увеличивается количество свободных электронов, а, следовательно, и электропроводность. Повышение электропроводности полупроводника под действием световой энергии называют внутренним фотоэффектом. Фоторезистор (рис. 3, а) в большинстве случаев представляет собой нанесенный на стеклянную пластину 5 тонкий слой полупроводникового вещества 4. К противоположным сторонам полупроводникового слоя прикрепляют металлические электроды 1, предназначенные для включения фоторезистора в электрическую цепь. Пластинка с нанесенным на нее полупроводниковым слоем запрессовывается в пластмассовую оправу 2 с отверстием (рабочим окном) для прохода световых лучей. Рабочее окно покрывают светопроницаемым лаком 3.

Фоторезисторы характеризуются высокой светочувствитель­ностью, простой конструкцией, малыми габаритами, значительной мощностью рассеяния и практически неограниченным сроком службы. Они могут работать в цепях постоянного и переменного токов. Эти качества обусловили широкую область применения фоторезисторов. К недостаткам фоторезисторов следует отнести некоторую зависимость их параметров от температуры и нелинейную зависимость силы фототока от светового потока, а также относительно высокую инерционность (постоянная времени у них порядка 3*10^-3— 3*10^-5с при световом потоке 10^-5 лм).

Вакуумный фотоэлемент представляет собой вакуумную или газонаполненную лампу с катодом К из светочувствительного слоя, нанесенного на жесткую подложку (внутреннюю поверхность стеклянного баллона), и анодом А в виде кольца или пластины.

Вакуумные фотоэлементы обычно работают в режиме насыщения, когда фототок зависит только от освещенности и не зависит от приложенного напряжения.

В отличие от фоторезистора электроны, возникшие в фотоэлементе под действием световой энергии, не остаются в освещенном слое, а удаляются от него (внешний фотоэффект). На рисунке 3, б приведена принципиальная схема включения вакуумного фотоэлемента. Для увеличения чувствительности колбу вакуумного фотоэлемента заполняют инертным газом. Фотоэлектроны, освобожденные светом, соударяясь с атомами газа, ионизируют его и под действием электрического поля усиливают ток. Такие фотоэлементы называются ионными.

 

54. Датчики температуры.

В основе работы любых температурных датчиков, использующихся в системах автоматического управления, лежит принцип преобразования измеряемой температуры в электрическую величину. Это обусловлено следующими достоинствами электрических измерений: электрические величины удобно передавать на расстояние, причем передача осуществляется с высокой скоростью; электрические величины универсальны в том смысле, что любые другие величины могут быть преобразованы в электрические и наоборот; ониточно преобразуются в цифровой код и позволяют достигнуть высокой точности,чувствительности и быстродействия средств измерений.

55. Логические элементы автоматики. Общие сведения.

устройства, реализующие некоторые простые логические функции и функциональные преобразования в машинах, самостоятельно работающих по заданной программе. Наиболее распространенным логическим элементом, применяемым в схемах управления автоматических устройств, является электромеханическое реле, реагирующее на определенные значения и изменения величин к.-л. параметра. Напряжение на его катушке является входным сигналом, состояние контактов реле (замкнутость или разомкнутость) - выходным сигналом.

Логические элементы являются одной из важнейших частей электронно-вычислительных машин. Они подразделяются на элементы, реализующие логическое отрицание, - схема "НЕ"; элементы, реализующие логическую конъюнкцию, - схема "И"; элементы, реализующие логическую дизъюнкцию, - схема "ИЛИ", и элементы, реализующие комбинированные логические операции. В сущности смысл работы логических элементов заключается в том, чтобы пропускать или не пропускать сигнал по той или иной цели, усиливать поступивший сигнал или не усиливать и т. п. Набор логических элементов позволяет электронно-вычислительной машине осуществлять преобразования информации в соответствии с преобразованиями формул в алгебре логики.

 

56. Основные законы релейных схем.

Переместительные законы

Относительно сложения: х + у = у + х

Соответствующие этим выражениям схемы представлены на рис. 1,а.

Левая и правая схемы представляют нормально разомкнутые цепи, каждая из которых при срабатыванию любого из элементов (X или Y) замыкается, т. е. эти схемы равносильны. Относительно умножения: х ·у = у ·х.

Соответствующие этим выражениям схемы представлены на рис. 1,б, их равносильность также очевидна.

Рис. 1

Сочетательные законы

Относительно сложения: (x + y) + z = x + (y + z)

Относительно умножения: (x ·y) ·z = x ·(y ·z)

Соответствующие этим выражениям пары равносильных схем представлены на рис. 2,а, б

Рис. 2

Распределительные законы

Умножения относительно сложения: (х + у) +z = х + (y + z)

Сложения относительно умножения. x ·y + z = (x + z) ·(y +z )

Соответствующие этим выражениям схемы представлены на рис. 3,а, б.

Рис. 3.

В равносильности этих схем можно легко убедиться, рассмотрев различные комбинации срабатывания контактов.

 

Законы инверсии

Относительно сложения: х + у = х·у

Черта над левой частью выражения является знаком отрицания или инверсии. Этот знак указывает на то, что вся функция имеет обратное значение но отношению к выражению, стоящему под знаком отрицания. Начертить схему, соответствующую всей инверсной функции, не представляется возможным. Однако может быть начерчена схема, соответствующая выражению, стоящему под знаком отрицания. Таким образом, формула может быть иллюстрирована схемами, представленными на рис.4,а.

Рис. 4.

Левая схема соответствует выражению х + у, а правая — х ·у

Эти две схемы противоположны друг другу по действию, а именно: если левая схема при невозбужденных элементах X, Y представляет собой разомкнутую цепь, то правая — замкнутую. Если в левой схеме при срабатывании любого из элементов цепь замыкается, то в правой, наоборот, размыкается.

Так как в соответствии с определением знака отрицания функция х + у противоположна функции х + у, то очевидно, что х + у =х·у.

Относительно умножения: х · у = х + у

Соответствующие схемы представлены на рис. 4,б.

Переместительные и сочетательные и законы и распределительный закон умножения относительно сложения (соответствуют аналогичным законам обычной алгебры). Поэтому в случае преобразования структурных формул в отношении порядка сложения и умножения членов, вынесения членов за скобки и раскрытия скобок можно следовать правилам, установленным для обращения с обычными алгебраическими выражениями. Распределительный закон сложения относительно умножения и законы инверсии являются специфическими для булевой алгебры.

 

57. Основные операции, реализуемые логическими элементами.

Система простых логических функций, на основе которой можно получить любую логическую функцию, называется функционально полной.

Отсюда следует, что для построения логического устройства любой сложности достаточно иметь однотипные логические элементы, например, И-НЕ или ИЛИ-НЕ.

Логические элементы могут работать в режимах положительной и отрицательной логики. Для электронных логических элементов в режиме положительной логики логической единице соответствует высокий уровень напряжения, а логическому нулю - низкий уровень напряжения. В режиме отрицательной логики логической единице соответствует низкий уровень напряжения, а логическому нулю - высокий.

Для контактно-релейных схем в режиме положительной логики логической единице соответствует замкнутый контакт ключа или реле, а логическому нулю - разомкнутый. Светящийся индикатор (лампочка, светодиод) соответствует логической единице, а несветящийся - логическому нулю.

Логические элементы, реализующие для режима положительной логики операцию И, для режима отрицательной логики выполняют операцию ИЛИ, и наоборот. Так, например, микросхема, реализующая для положительной логики функции элемента 2И-НЕ, будет выполнять для отрицательной логики функции элемента 2ИЛИ-НЕ.

Как правило, паспортное обозначение логического элемента соответствует функции, реализуемой "положительной логикой". Логические элементы И, ИЛИ, НЕ имеют один выход, число входов логических элементов И, ИЛИ может быть любым начиная с двух. Логические элементы Ии ИЛИ, выпускаемые в составе микросхем, обычно имеют 2, 3, 4, 8 входов. В названии элемента первая цифра указывает число входов.

Прежде всего, рассмотрим реализацию логических элементов с помощью контактно-релейных схем. Рассмотрим логический элемент 2И. Он выполняет операцию логического умножения. На рисунке 1.1,а приведена контактно-релейная схема логического элемента 2И для режима положительной логики.

 

58. Магнитополупроводниковые логические элементы.

Основные логические функции можно осуществить с помощью самых разнообразных элементов: реле, электронных ламп, полупроводниковых приборов. В настоящее время большое распространение получили логические элементы, построенные на магнитных усилителях.

В основу работы магнитных логических элементов положен принцип дей­ствия магнитного усилителя, рассмотренный в подразделе 5.3. Однако по схемному выполнению логические элементы несколько отличаются от рассмотренного ранее магнитного усилителя. Это объясняется тем, что логические элементы предназначены для работы в цепочке, т.е. друг на друга, а обычные магнитный усилитель так работать не может.

На рис. 8.16 показаны два магнитных усили­теля, включенных последователь­но. Из-за встречного включения полу­проводниковых диодов Д_р1 и Д_у2 один усилитель не может непосредственно управлять другим. Для устранения этого явления включают развязывающий ре­зистор R, который создает путь как для рабочего тока первого усилителя i_р1, так и для тока управления вто­рого i_y2.

Если сигнал управления первого усилителя U_y1 отсутствует, то переменная ЭДС e_~ в его цепи управления каждую первую половину периода намагничи­вает сердечник, возвращая его в исходное положение. Каждую вторую по­ловину периода ЭДС e_~ в рабочей обмотке этого усилителя перемагничивает сердечник в обратном направлении.

Это перемагничивание требует незначительного тока (намагничивающего тока), поэтому падение напряжения от этого тока на резисторе R практически равно нулю. Следовательно, напряжение управления второго усилителя U_y2 = 0 и на его выходе тоже U_вых = 0.

Если же на входе первого усилителя появится запирающий сигнал U_y1³ e_~, то перемагничивания сердечника током цепи управления не произойдет, сердечник останется в состоянии постоянного насыщения и в рабочей цепи появится ток i_p1, значение которого ограничивается только сопротивлением резистора R. Этот ток создаст на резисторе R большое падение напряжения U_y2, которое запрет цепь управления второго усилителя.

В результате на его выходе появится напряжение U_вых. Таким образом, благодаря сопротивлению Rодин магнитный усилитель может управ­лять другим.

 

59. Пневматические логические элементы.

Пневматические логические элементы также могут быть двух групп. Условное обозначение его состоит из двух квадратов, соответствующих двум позициям ( возможным положениям) подвижной части-распределителя, и трех линий, связывающих его с другими элементами пневматического привода или механизма. Линия связи / присоединена к напорной линии, линия 2 соединена с атмосферой, а. Проход ( канал), закрытый в данной позиции, имеет поперечную черту. Для того чтобы представить действие распределителя в другой позиции ( х), надо мысленно передвинуть правый квадрат на место левого, оставляя линии связи в прежнем положении. Распределитель ( выключатель) может быть использован не только как пневматический, но и как гидравлический логический элемент. Но в дальнейшем показываются только пневматические элементы, как более распространенные.

60. Исполнительные механизмы. Гидравлические и пневматические ИМ.

Пневматические и гидравлические исполнительные механизмы, так же как и электрические, широко применяются в системах автоматизации технологических процессов. Особенно большое применение пневматические и гидравлические исполнительные механизмы в настоящее время получили в автоматических системах химической, нефтяной, газовой промышленности и др.

Пневматические исполнительные механизмы используют энергию сжатого воздуха или газа.

 

61. Исполнительные механизмы. Электродвигательный и электромагнитный ИМ.

Электродвигательные исполнительные механизмы применяют в основном при усилии не более 53 кН.

Рис. 10.22. Электромагнитный управляющий элемент

Рис. 10.23. Электромашинный толкатель

Электромагнитный привод используется для управления механизмами в гидро- и пневмоприводах, а также различными вентилями и заслонками. Принцип работы этого привода (рис. 10.22) состоит в поступательном перемещении на величину L металлического якоря относительно электромагнитного вала катушки, расположенной в корпусе. Различают электромагнитные приводы одно- и двустороннего действия. В первом исполнении возврат якоря в исходное положение производится с помощью пружины, во втором — изменением направления управляющего сигнала. По типу приложения нагрузки привод бывает периодического и непрерывного действия. С его помощью осуществляется релейное (открыто — закрыто) и линейное управление.

Электромагнитные вентили (для открывания в трубопроводах клапанов) по виду используемых чувствительных элементов делят на поршневые и мембранные. При значительных усилиях и длине перемещений используют электромашинный толкатель (рис. 10.23). Принцип его действия основан на поступательном перемещении в обе стороны оси — винта относительно вращающейся, однако закрепленной, гайки. Вращение гайки, являющейся одновременно ротором, производится при включении в цепь питания трехфазной статорной обмотки. На конце винта расположен прямой участок, представляющий собой шток (толкатель), перемещающийся в направляющих и воздействующий на конечный выключатель управляемого механизма. При необходимости толкатель работает с установленным редуктором

 

62. Определение устойчивости автоматических систем.

Одним из первых вопросов, возникающих при исследовании и проектировании линейных систем управления, является вопрос об их устойчивости. Линейная система называетсяустойчивой, если при выведении ее внешними воздействиями из состояния равновесия (покоя) она возвращается в него после прекращения внешних воздействий. Если после прекращения внешнего воздействия система не возвращается к состоянию равновесия, то она является неустойчивой. Для нормального функционирования системы управления необходимо, чтобы она была устойчивой, так как в противном случае в ней возникают большие ошибки.

Определение устойчивости обычно проводят на начальном этапе создания системы управления. Это объясняется двумя причинами. Во-первых, анализ устойчивости довольно прост. Во-вторых, неустойчивые системы могут быть скорректированы, т.е. преобразованы в устойчивые с помощью добавления специальных корректирующих звеньев.

 

63. Импульсные автоматические системы управления.

Дискретная система автоматического управления будет импульсной, если в системе наблюдается квантование сигнала по времени. При квантовании по времени квантованный сигнал состоит из последовательности дискрет квантуемого сигнала. Каждую дискрету можно рассматривать как мгновенное значение сигнала в момент квантования и интерпретировать как импульс нулевой длительности. Такой импульс физически не наблюдаем.

Для того чтобы квантованный сигнал можно было бы физически наблюдать и преобразовывать, мгновенные значения квантуемого сигнала накладываются на физические импульсы конечной длительности. В результате в импульсной системе квантованный сигнал физически представлен последовательностью импульсов, несущих информацию о мгновенных значениях квантуемого сигнала в моменты квантования. Название импульсная система обусловлено последним обстоятельством.

Отличительной особенностью импульсной системы является преобразование непрерывного сигнала x(t) в последовательность импульсов z(t). Поэтому для описания импульсной системы в ее структуру вводят импульсное звено, которому и приписывают описание этого процесса. Остальные компоненты импульсной системы специфических свойств не имеют, они рассматриваются как непрерывная часть системы (т.е. совокупность элементов с непрерывными характеристиками преобразования) и могут быть описаны с использованием методов теории обыкновенных линейных систем.

 

64. Определение качества работы автоматических систем управления.

К процессам систем автоматического управления предъявляются три основные группы требований:

1. Требования по точности в установившихся режимах.

2. Требования к устойчивости.

3. Требования к качеству переходных процессов.

Кроме этих к системам на практике так же предъявляются требования технико-экономического характера, связанные со спецификой объекта управления или технологического процесса.

В нашем курсе мы будем рассматривать только требования к качеству переходных процессов, динамики систем, как вопрос не только тесно связанный с математическим моделированием систем, но и связанный с использованием разнообразного математического аппарата. Требования по точности в установившихся режимах и требования к устойчивости будут рассмотрены в дисциплинах "Теория автоматического управления", "Системы управления электроприводами", "Автоматизация типовых производственных процессов и промышленных установок".

В промышленных установках с системами автоматического управления можно выделить две большие группы:

1. Установки, в которых время переходного процесса пренебрежимо мало по сравнению с установившимся режимом. В этих случаях динамические режимы не оказывают существенного влияния ни на качество продукции, ни на производительность оборудования, на пример, насосы, вентиляторы, транспортеры и т. д.

2. Установки, в которых время переходного процесса соизмеримо с временем установившихся режимов, или, такие, в которых отклонение регулируемой переменной в динамике существенно влияет на качество продукции, на пример, станки, роботы, следящие системы и т. д.

Устойчивость, то есть способность к затуханию переходных процессов, является необходимым, но далеко не достаточным условием практической пригодности систем. Этот критерий позволяет очень грубо оценить переходные процессы. Рассмотрим, как выглядят переходные характеристики для трех основных режимов с точки зрения устойчивости.

Рис. 1

Использовав, как показано на рис. 1, критерий устойчивости по виду переходной характеристики (переходного процесса), мы можем сказать, что система устойчива, если переходный процесс затухает. Однако система может быть устойчивой, но ее переходные процессы, в зависимости от изменения параметров, будут сильно различаться, как это показано на рис. 2.

Рис. 2

Мы видим, что эти процессы существенно отличаются по виду, имеют разные частоту колебаний, время завершения, амплитуду отклонения от заданной величины. В связи с этим возникает необходимость сравнения, оценки устойчивых временных характеристик систем.

Следует отметить, что специалистов интересует не только переходные процессы при изменении управляющих воздействий, но и переходные процессы при изменении возмущающих воздействий.

Таким образом, важным понятие для систем управления является понятие качества переходных процессов, то есть становится важным сам характер протекания процессов, особенно такие факторы, как длительность, колебательность и динамическое отклонение регулируемой переменной от заданной величины.

Для оценки качества переходных процессов требуются характеристики, критерии или показатели качества, которые могут быть выражены численно.

Критерии качества имеют следующие области применения:

1. Сравнительный анализ систем автоматического управления при изменении параметров объекта управления, или при сравнении систем разного вида для одного и того же объекта управления.

2. Синтез, выбор параметров систем автоматического управления, обеспечивающих заданные критерии качества переходных процессов, требованиям технического задания на разработку системы.

Известно, что переходный процесс в системе управления зависит не только от свойств самой системы, но и от характера (вида) входного воздействия. Поэтому поведение системы при оценке качества переходных процессов рассматривают при типовых внешних воздействиях. В качестве таких типовых воздействий чаще всего используют:

· единичную ступенчатую функцию, реже, линейнонарастающий сигнал,

· воздействие гармонической функцией.

Оценки качества делятся на две группы:

1. Прямые показатели качества переходных процессов. Они характеризуют непосредственно сам переходный процесс, реакцию системы на типовое воздействие, чаще всего, на единичную ступенчатую функцию.

2. Косвенные показатели (критерии) качества. Они оценивают качество переходных процессов по другим характеристикам системы, таким как частотные характеристики, характер и расположение корней характеристического уравнения (полюсов передаточной функции), интегралы временной функции переходного процесса.

 

---

Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 532; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!