- •СТАБИЛИЗАЦИЯ МАШИН
- •Предисловие
- •1.1. Основные понятия и определения
- •1.2. Математические основы теории линейных систем автоматического регулирования
- •1.2.2. Преобразования Лапласа и их свойства
- •1.4. Структурный анализ линейных САР
- •1.4.1. Структурная схема САР
- •1.4.3. Преобразование структурных схем
- •1.4.5. Обратные связи в САР
- •1.5.1. Типовые воздействия
- •1.5.2. Временные характеристики
- •1.5.3. Частотные характеристики
- •1.5.4. Временные и частотные характеристики типовых звеньев
- •1.6. Устойчивость САР. Критерии устойчивости
- •1.6.1. Условие устойчивости
- •1.6.2. Критерий Гурвица
- •1.6.3. Критерий Рауса
- •1.6.4. Критерий Михайлова
- •1.6.5. Критерий Найквиста
- •1.6.6. Определение устойчивости САР и запасов устойчивости
- •1.7. Оценка качества переходного процесса
- •1.7.1. Основные показатели качества
- •1.7.2. Оценка показателей качества переходного процесса по частотным характеристикам системы
- •1.7.3. Расчет установившихся ошибок САР
- •1.8. Коррекция динамических свойств САР
- •1.8.1. Метод последовательной коррекции
- •1.8.2. Метод параллельной коррекции
- •2.1. Эффективность стрельбы боевых машин
- •2.1.1. Особенности стрельбы с ходу
- •2.1.2. Анализ колебаний корпуса САО
- •2.1.3. Анализ колебаний корпуса морских кораблей
- •2.1.4. Способы повышения эффективности стрельбы
- •2.2. Анализ кинематических зависимостей при наведении и стабилизации
- •2.2.1. Кинематические схемы наведения и стабилизации установок
- •2.2.3. Слежение за неподвижной целью при трехосной схеме со стабилизацией осей цапф установки
- •2.2.5. Слежение за подвижной целью
- •2.2.6. Понятие «мертвой» зоны силовых приводов наведения
- •2.2.7. Влияние схемы заряжания установки на мощность силового привода наведения
- •2.3. Расчет и анализ процесса амортизации оружия при стрельбе очередью
- •2.3.2. Решение уравнения движения короба при П0=0
- •2.3.4. Решение уравнения движения короба при переменном темпе стрельбы
- •2.3.5. Расчет движения системы «оружие - установка» при стрельбе очередью
- •2.3.6. Анализ процесса амортизации оружия при стрельбе очередью
- •3.1. Классификация систем наведения и стабилизации установок
- •3.2. Система наведения артиллерийской установки
- •3.4. Принцип радиолокационной системы командного наведения зенитных комплексов
- •4.1. Свойства гироскопа
- •4.2. Учет сил трения в гироскопе
- •4.4. Двухстепенной гироскоп.
- •4.6. Скоростная характеристика наведения установки
- •5.1.1. Основные требования к приводам
- •5.1.2. Классификация силовых приводов
- •5.1.3. Принципиальные схемы некоторых приводов
- •5.2. Расчет электромашинного привода наведения
- •5.2.1. Способы регулирования скорости электродвигателей постоянного тока
- •5.2.2. Пуск электродвигателей постоянного тока
- •5.2.3. Торможение электромашинного привода
- •5.2.4. Выбор электродвигателя для неавтоматизированных приводов
- •5.2.5. Уравнение динамики электропривода
- •5.2.6. Расчет мощности электродвигателя для автоматизированных приводов
- •5.2.7. Усилительные устройства
- •5.3.1. Уравнения гидропривода с дроссельным регулированием
- •5.3.2. Структурная схема гидропривода
- •5.3.3. Устойчивость гидропривода
- •5.3.4. Способы повышения устойчивости гидропривода
- •5.4.1. Электромеханические преобразователи
- •5.4.2. Гидроусилители
- •6.1. Расчет механизмов вертикального наведения
- •6.2. Расчет механизмов горизонтального наведения
- •6.3. Выбор рациональной схемы установки коренных шестерен механизма поворота
1.8. Коррекция динамических свойств САР
Для обеспечения требуемых показателей качества управления в САР помимо функционально необходимых элементов (измерите ли, преобразователи, усилители, объекты регулирования и т. д.) ис пользуются специальные корректирующие элементы (устройства). Корректирующие устройства (КУ) могут включаться либо после довательно с основными элементами САР, либо параллельно им. На рис. 1.67 приведены схемы САР с различным включением КУ Наиболее часто применяют параллельное КУ, образующее мест ную обратную связь (рис. 1.67, в). В сложных САР могут приме няться комбинации методов коррекции.
X,
Измеритель |
КУ |
ИСПОЛНИ 1Ш1Ы1ЫЙ |
Объект |
элемент |
6
в
Рис. 1.67. Схемы САР с корректирующими устройствами:
а- последовательное включение; б, в - параллельное включение
1.8.1.Метод последовательной коррекции
При последовательной коррекции КУ включается последова тельно с элементами САР и, как правило, после измерительного элемента. В этом случае требуется маломощное КУ
Вкачестве последовательных КУ чаще используются:
-форсирующие (дифференцирующие) звенья, сигнал на выхо де которых содержит составляющие, пропорциональные входному сигналу и производным от него;
-интегрирующие звенья, дающие на выходе сигнал, пропор циональный интегралу от входного сигнала;
-интегро-дифференцирующие звенья, сигнал на выходе кото рых содержит составляющие, пропорциональные входному сигна лу, а также производным и интегралам от него.
Форсирующие звенья применяются с целью обеспечения устойчивости и заданных запасов устойчивости, улучшения каче ства переходного процесса. Интегрирующие звенья повышают по рядок астатизма САР и, следовательно, точность в установившемся режиме.
Предлагается рассмотреть применение последовательного кор ректирующего устройства в виде форсирующего звена первого по рядка на примере следящего электромашинного привода наведения объекта (орудия), упрощенная схема которого представлена на рис. 1.68. В цепи управления задающий П3 и принимающий Пп потенциометры включены в мостовую схему измерения угла рассо гласования Аа = а3- а п, пропорционально этому рассогласованию формируется величина и полярность напряжения между движками потенциометров AU = U3- U n (см. рис. 1.5).
Усилительное устройство представляет собой последователь ное соединение предварительного безинерционного усилителя У и электромашинного усилителя ЭМУ и обеспечивает общее усиление сигнала UKy, поступающего с корректирующего устройства для управления исполнительным электродвигателем ИД. ЭМУ пред ставляет собой двухкаскадный усилитель электрической мощности,
Рис. 1.68. Схема следящего электромашинного привода
который можно рассматривать как два последовательно включенных генератора постоянного тока (рис. 1.14) с известными переда точными функциями инерционных звеньев первого порядка.
Если Да = 0 , то электропривод находится в состоянии покоя. Если Да Ф0, то токи в обмотках управления ЭМУ, ОУ, и ОУ2 не
равны, возникает управляющий магнитный поток Фу = Фу - Фу
и, следовательно, напряжение на выходе ЭМУ, приложенное к якорю двигателя ( U3My). Двигатель поворачивает объект и движок прини мающего потенциометра в сторону согласования углов до Да ~ 0 .
Без корректирующего устройства передаточная функция элек
тропривода в разомкнутом состоянии имеет вид: |
|
|
W( p ) = ---------------- - -----------------, |
(1.67) |
|
Р |
(Typ + l)(TKp + l)(Tap + l)p |
|
где К - общий коэффициент передачи разомкнутого электро привода;
Ту и Тк - постоянные времени обмоток управления и короткоза мкнутой (якорной) обмотки ЭМУ;
Та - постоянная времени электродвигателя.
ЛЧХ этой системы для случая, когда А* = 10 с-1; 7]j=0,l с; Гк = 0,04 с ; Гу =0,01 с, представлены на рис. 1.69 пунктиром.
Видно, что электропривод в этом случае имеет небольшие запасы устойчивости, а переходный процесс, как правило, сопровождается значительными колебаниями.
Если ввести в схему электропривода последовательное коррек тирующее устройство в виде пассивного электрического контура (рис. 1.18), то передаточная функция имеет вид:
K^iTp + l) |
( 1.68) |
WKy(p) = |
|
СТуР + i)(TKp + 1X V + 1)(7>+1)р |
|
где Т и Тх - постоянные времени форсирующей |
и апериодиче |
ской частей контура RC; |
|
_ общий коэффициент передачи разомкнутого элек тропривода с корректирующим устройством.
В этом случае управляющее воздействие является функцией не только от ошибки Д а , но и от производной ошибки.
Если обеспечить Кку Ф К (например, увеличением коэффици ента усиления предварительного усилителя) и принять Г = 0,1 с,
Тх=0,02 с, то ЛЧХ скорректированной системы на рис. 1.69 мож
но представить сплошными линиями. Видно, что скорректирован ный электропривод имеет хорошие запасы устойчивости и, следо вательно, малоколебательный переходный процесс.
1.8.2. Метод параллельной коррекции
При параллельной коррекции, корректирующее устройство включается параллельно или встречно-параллельно основным эле ментам САР. Последний вариант применяется наиболее часто. В этом случае параллельное КУ образует местную обратную связь, что яв ляется эффективным средством получения требуемых динамиче ских характеристик элементов и системы в целом (см. п. 1.4.5).
В качестве параллельных КУ чаще всего используются: безинерционные звенья, сигнал на выходе которых пропорционален входному сигналу, и дифференцирующие звенья, сигнал на выходе которых пропорционален производным от входного сигнала.
Предлагается рассмотреть роль параллельного КУ, образующе го местную обратную связь, на примере следящего электрогидравлического привода стабилизатора угла возвышения орудия. Это замкнутая автоматическая система с управлением по отклонению, в которую входят вращающий трансформатор (ВТ), фазочувстви
тельный усилитель (У), гидропривод (ГП), орудие (О) (рис. 1.70, а). Задающим элементом является трехстепенный гироскоп, положе ние внешней рамки которого задается электромагнитом наведения. Внешняя рамка, в свою очередь, определяет при этом положение орудия. Плавная обратная связь реализуется путем установки гиро скопа непосредственно на качающейся части орудия.
Передаточные функции элементов можно принять в виде (рис. 1.70, б):
WBT(p) = KBT; Wy(p) = Ky ; Wm{p) = - ^ - - W0( p ) = - ^ ~
|
TmP + i |
T0p + l |
(см. примеры n. 1.3). |
|
|
В этом случае передаточная функция разомкнутой системы бу |
||
дет: |
_______ к _______ |
(1.69) |
Wv{p) = |
||
|
piTnP + DiTvP + l ) ’ |
|
где К = К ВТКУК ГПК0. |
|
|
ЛЧХ |
этой системы в случае, когда К = 123 с"1; |
Гга = 0,12 с; |
Т0 =1,31 с , представлены на рис. 1.71 пунктиром. |
|
|
При |
ср(со) = 180° L(co)>0 и, следовательно, замкнутая система |
|
неустойчива. Для обеспечения устойчивости в систему введено па раллельное КУ, образующее дополнительную обратную связь по производной от угла возвышения орудии. Эта связь, например, ре ализуется с помощью двухстепенного гироскопа, угол поворота рамки которого пропорционален угловой скорости поворота ору дия, а передаточная функция Кос р.
б
Рис. 1.70. Замкнутая система с управлением по отклонению
LP(со)
Рис. 1.71. Скорректированная ЛЧХ разомкнутой системы
С учетом корректирующего устройства передаточная функция стабилизатора в разомкнутом виде:
WKy(p) = ---------------------- |
|
- ----------------------. |
(1.70) |
р(ТГПр + 1)(Г0р +1) + К К тК0Коср |
|
||
Если /foe =5.5—V ; |
= ° .° 84 |
’ tfmK o = 5 U ^ , |
|
рад/с |
В |
А с |
|
то W^{p) =_________ 123_________ |
_________ 5,2 _______ |
||
/?(0,153/Г + 1,43р + 23,5) |
р(0,0067р2+0,061р + 1)‘ |
||
ЛЧХ скорректированной разомкнутой системы на рис. 1.71 представлены сплошными линиями. Замкнутая система с дополни тельной обратной связью по скорости изменения углового положе ния орудия устойчива и имеет запасы устойчивости по амплитуде = 8дБ и по фазе =65°, что может предопределить хорошие каче
ства процесса управления.