книги из ГПНТБ / Кисельников В.Б. Системы автоматизации силового дизельного привода

Здесь ротор сельсина приемника связан с механическим контакт­ ным устройством, переключающим исполнительный сервомотор. Корпус приемника выполнен поворотным, связан с сервомотором механической обратной связью и представляет собой электромеха­ нический дифференциал.

При повороте роторов датчика и приемника на заданный угол сервомотор отрабатывает команду до тех пор, пока корпус прием­ ника вместе с ротором не повернется на тот же угол в противопо­ ложном направлении и тем самым выключит управляющее устрой­ ство. При использовании в такой схеме многооборотной сельсинной передачи необходимо иметь контактное устройство с так называе­ мым накопителем, допускающим поворот сельсинной передачи на угол свыше 360°. Известен пример применения такой системы для дистанционного управления дизелями 6ЧСП 18/22.

На рис. 28, б изображена схема следящей системы на постоян­ ном токе, основанная на мостовой схеме с потенциометрами. В диагональ моста включено поляризованное реле, срабатывающее при рассогласовании движков потенциометров и управляющее сервомотором. Такая система применяется для управления ско­ ростью силовых дизель-гидравлических агрегатов на базе дизелей

- В2-450.

Рис. 28, в дает представление о пневматической следящей системе непрямого действия с силовой обратной связью. Управля­ ющий сигнал вводится с помощью разомкнутой пневматической передачи, которая воздействует на золотник, управляющий серво­ мотором двойного действия. Обратная связь осуществляется с по­ мощью пружины, связанной со штоком сервомотора. Система приходит в равновесие при таком положении сервомотора, когда усилие пружины равно заданному усилию на мембране.

Подобные системы применяются для управления дизелями, имеющими регуляторы прямого действия.

На рис. 28, г представлена замкнутая гидравлическая система управления с кинематической обратной связью. Здесь управля­ ющее давление из проточного дроссельного задатчика подается в сильфон, который связан с золотником управления однополостным сервомотором. Обратная связь с золотником выполнена в виде дифференциального рычага. Равновесие в системе наступает, когда' сервомотор отработает заданное перемещение и тем самым перекроет окно во втулке золотника. Подобная система исполь­ зуется для управления силовым приводом с дизелем 8ЧН 21/21,

. имеющим регулятор непрямого действия.

Следящие системы управления дизелями часто выполняются комбинированными': электро-гйдравлическими, электро-пневмати- ческими, пневмо-гидравлическими и т. п. Например, дистанцион­ ный ввод управляющего сигнала в систему по рис. 28, г может быть осуществлен с помощью электрической или пневматической разгруженной передачи-. Конструкции применяемых систем управ­ ления подробно рассмотрены-в гл, V и V I ,

94

Рассмотрим динамику работы следящих систем, применяемых для управления дизельными приводами. В большинстве случаев они имеют релейную или близкую, к ней характеристику. Это означает, что при некотором минимальном рассогласовании коор­ динат входа и выхода на сервомотор подается полная величина питания (давления, напряжения). При этом сервомотор отра­ батывает команду с наибольшей возможной и приблизительно постоянной скоростью. Такая характеристика свойственна кон­ тактным электрическим системам и выражает наиболее тяжелые условия работы пневматических и гидравлических следящих систем.

Рис.. 29.^Графики режимов работы следящих систем

На рис. 29 показаны графики перемещения задающего и испол­ нительного органов системы. В случае / перемещение задающего органа (верхняя кривая) происходит со скоростью, которая пре­ вышает возможную скорость сервомотора. Исполнительный орган движется в этом случае практически с максимальной постоянной скоростью и приходит в заданное положение с некоторым отста­ ванием по времени. Такое действие системы называется режимом отработки.

В случае 2 скорость задающего органа ниже располагаемой скорости сервомотора, и движение исполнительного органа (вол­ нистая кривая) имеет вид некоего колебательного процесса, на­ ложенного на траекторию перемещения задающего органа. В этом случае остановка входа и выхода системы происходит почти одно­ временно, а режим работы системы называется режимом сле­ жения. , с

При управлении дизельным приводом используются следящие системы, работающие в режиме отработки. Время отработки пол­ ной команды управления должно быть обязательно меньше соб­ ственного времени разгона дизеля от скорости холостого хода до номинальной скорости. При этом обеспечивается максимально быстрый разгон, возможный для данного силового привода.

Остановка исполнительного органа в заданном положении по окончании отработки может сопровождаться колебательным про­ цессом, связанным с переключением управляющего элемента.

95

В общем случае такой процесс может быть сходящимся, расхо­ дящимся и автоколебательным. Рассмотрим этот процесс в коор­ динатах время — перемещение, полагая, что дистанционные пере­ дачи в системе не имеют инерции и запаздывания. Приводимый здесь метод позволяет обойтись без громоздкого графоаналити­ ческого анализа и расчета системы и дает результаты, хорошо согласующиеся с данными опыта [10].

График процесса остановки следящего сервомотора вместе с исполнительным органом показан на рис. 30.

Будем считать, что вход системы после резкого перемещения

звенья в процессе отработки будут подходить к этому положению с максимальной скоростью со0. В точке 0 = 0 управляющий эле­ мент системы (контактное устройство, золотник и т. п.) выклю­ чается и сервомотор входит в зону нечувствительности системы,

правление, снова входит в зону и далее совершает относительно нее

щающегося сервомотора и жестко связанных с ним элементов,

96

Определим конечную скорость сервомотора со( по прохожде­ нии г'-го цикла. В первой фазе уравнение движения сервомотора будет

Момент Мс будем считать средним постоянным, поскольку сухое трение, как правило, значительно преобладает над перемен­ ными силами сопротивления.

Тогда:

Здесь | со | и |- Э | — абсолютные текущие значения скорости и перемещения сервомотора, отсчитанные от входа в зону нечув­ ствительности при t-м цикле. На границе этой зоны со =

t = 0, 9 = 0. В частности, при первом цикле <»,•_! = со0. В даль­ нейшем повсюду знак абсолютного значения будем опускать. Исключая время t, найдем скорость в функции пути

По смыслу задачи перед корнем берется только знак плюс. Отсюда, полагая со = 0 при В = 9И, найдем условие оконча­ тельной остановки сервомотора в зоне нечувствительности г'-го

цикла

при первом же входе в эту зону, и процесс остановки в целом будет апериодическим

Время перемещения в первой фазе найдем из (91) при 0 = 0И

? = -щ — Va*-i — «,<).

Во второй фазе торможения исходное уравнение будет

Здесь момент сервомотора можно считать также постоянным, одинаковым как для второй фазы разгона, так и для третьей фазы — торможения. В случае сериесных и асинхронных электродвига­ телей под Мл следует понимать пусковой момент при неподвижном роторе, так как скорость сервомотора в процессе колебаний незначительна. Из этого уравнения найдем абсолютные текущие значения скорости и перемещения, отсчитанного от выхода из зоны изоляции при i-м цикле:

Время торможения во второй фазе, вплоть до полной остановки, получим из (96) при со = О

6 = 2(м/+мс) ( » ? - ! - 4 ) .

В третьей фазе разгона уравнение движения имеет вид

Отсюда абсолютные текущие значения скорости и перемещения, отсчитанного от точки остановки в предыдущей фазе, будут:

J

98

ния параметров D и /г, при котором остановка привода произойдет после я полных циклов колебаний. Так, если параметры D и k укладываются в область 2—3, то остановка происходит после трех полных циклов. В частности, площадь, ограниченная осью орди­ нат и прямой D = 1 (заштрихована), является областью чисто апериодического процесса, когда сервомотор останавливается при первом же входе в зону изоляции и не совершает ни одного полного цикла колебаний.

Из рис. 31 следует, что для уменьшения склонности системы к колебательному процессу выгодно иметь малые значения пара-

к

рость сервомотора, силы сопротивления и зона нечувствительности определяются заданными быстродействием, внешними силами и статической точностью системы. Малое значение коэффици­ ента запаса k обеспечивается соответствующим подбором серво­ мотора. Как показывает опыт, для надежной работы сервомотора необходимо иметь k = Зч-5.

Для иллюстрации приведенного анализа на рис. 32 показаны ' несколько примеров процессов остановки привода при различных значениях D. • .

Изложенный выше анализ динамики следящей системы с ре­ лейной характеристикой построен на представлении о том, что переключение сервомотора происходит точно на границах зоны нечувствительности. В этом случае колебательный процесс оста­ новки всегда будет затухающим.

101

Однако практика показывает, что в некоторых системах по окончании отработки сигнала возникает автоколебательный про­ цесс, при котором сервомотор вообще не приходит в состояние покоя, а сколько угодно долго совершает небольшие перемещения относительно заданного положения. Возникновение таких авто­ колебаний объясняется запаздыванием переключения сервомо­ тора, при котором его движущий момент развивается не на гра­ нице зоны нечувствительности, а несколько позже ее пересечения.

9,рад

Рис. 32. Графики процессов остановки сервомотора (во всех случаях k = 3, ш0 = 1, / = 1, Мс = 1)

Изучение этого вопроса [10] показывает, что при наличии запаздывания условие апериодического процесса (т. е. остановка привода при первом входе в зону нечувствительности) будет иметь вид

Экспериментальное исследование следящих систем для управ­ ления скоростью дизелей показало, что в большинстве случаев $3 имеет незначительную величину или равняется нулю. Реально автоколебания проявляются только при очень малых зонах не­ чувствительности, когда динамический критерий D превышает единицу.

Поэтому при выборе и расчете систем управления необходимо

Принцип действия систем согласования нагрузок заключается в совмещении регуляторных характеристик дизелей, например, путем изменения затяга пружин измерителей регуляторов ско­ рости по сигналам датчиков нагрузки. При этом первоначальная

102

нагрузка распределяется между дизелями поровну, а общая исходная скорость может меняться в пределах статизма регуляторной характеристики.

Известны системы так называемого двухимпульсного регулиро­ вания дизелей, обеспечивающие точное статическое и динамиче­ ское согласование нагрузок параллельно работающих генера­ торов переменного тока. Однако эти системы не имеют более широкого применения в связи с их сравнительной сложностью и необходимостью электрического измерения нагрузки. Для сило­ вых дизельных приводов более целесообразным является автома­ тическое согласование нагрузок, основанное на сравнении поло­ жений органов топливоподачи. Система, построенная на таком принципе, срабатывает в основном после окончания переходных процессов управления скоростью и обеспечивает высокие показа­ тели статики распределения нагрузки.

Принцип согласования нагрузок по положениям органов топли­ воподачи (реек топливных насосов) неоднократно проверен при создании систем управления и регуляторов скорости судовых ди­ зельных установок. Опыт показывает, что датчики положения реек, однажды настроенные, практически однозначно и линейно опреде­ ляют величину крутящего момента дизелей, независимо от их скоро­ сти вращения и других факторов. Выравнивание крутящих момен­ тов означает одновременно и выравнивание мощностей дизелей, поскольку при параллельной работе дизели имеют общую скорость.

Устройства для выравнивания нагрузок по положениям реек просты по конструкции и не требуют сложных и ненадежных устройств для изменения фактического крутящего момента. Сравне­ ние положений реек исключает перегрузку цилиндров дизеля при отключении или падении мощности одного из них. Сигналы датчи­ ков позволяют также иметь простые указатели нагрузки дизелей на пультах управления.•

Системы согласования нагрузок отличаются большим разно­ образием как по схемам, так и по устройству элементов. Известны электрические, пневматические, гидравлические и комбинирован­ ные системы. Ниже приведены примеры систем согласования на­ грузок.

На рис. 33 показана схема электрической системы согласова­ ния по нагрузке ведущего дизеля 1, основанная на использовании сельсинов. В этой системе координаты реек топливных насосов дизелей вводятся с помощью сельсинных передач 2 в механический дифференциал 5, связанный с контактным устройством 6. При рассогласовании нагрузок это устройство включает сервомотор 4 коррекции нагрузки, воздействующий на регулятор скорости 3 ведомого дизеля. Сервомотор изменяет затяг пружины измерителя, пока нагрузка ведомого дизеля не станет равной нагрузке ве­ дущего.

На рис. 34 изображена схема гидравлической системы, в кото­ рой согласование нагрузок производится, по среднему значению

103