ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.06.2020
Просмотров: 246
Скачиваний: 4
Характерные особенности астатической системы регулирования:
- равновесие системы астатического регулирования имеет место при единственном значении регулируемой величины, равном заданному;
- регулирующий орган в астатической системе должен иметь возможность занимать различные положения при одном и том же значении регулируемой величины.
В реальных астатических системах первое условие выполняется с некоторой погрешностью, так как чувствительный элемент обладает разрешающей способностью (нечувствительностью). Для осуществления указанной связи между чувствительным элементом и регулирующим органом в контур регулирования должно быть введено астатическое звено. В данном случае таким звеном является электродвигатель. При отсутствии напряжения вал электродвигателя неподвижен в любом положении, при наличии напряжения он непрерывно вращается. Астатическое звено находится в состоянии безразличного равновесия при отсутствии на него внешнего воздействия и выходит из равновесия при наличии воздействия.
Следует различать системы статические и астатические по отношению к возмущающему и управляющему воздействиям. В системах, статических по отношению к возмущающим воздействиям, не одинаковым по постоянной величине, возмущающим воздействиям соответствует различное значение регулируемой величины. В астатических системах по отношению к возмущающим воздействиям значение регулируемой величины не зависит от величины возмущающего воздействия. Значение регулируемой величины остается постоянным, равным заданному.
В системах, статических по отношению к управляющим воздействиям, постоянным значениям этого воздействия соответствует постоянная ошибка системы, величина которой зависит от величины управляющего воздействия.
В астатических системах по отношению к управляющему воздействию после окончания переходного процесса ошибка равна нулю.
Для пояснения всего сказанного выше на рис. 5 приведены кривые процессов в статической и астатической системах по отношению к возмущающему f(t) и управляющему g(t) воздействиям.
Линейные и нелинейные системы автоматического регулирования
Системы автоматического регулирования подразделяют на линейные и нелинейные в зависимости от того, какую математическую модель выбирают при их исследовании (являются ли линейными или нелинейными дифференциальные, интегральные, дифференциально-разностные уравнения, которые применяют при их математическом описании).
Линейные и нелинейные системы подразделяют на следующие три класса: непрерывные, дискретные и дискретно-непрерывные. Непрерывные системы описываются дифференциальными уравнениями; дискретные–дифференциально-разностными, а дискретно-непрерывные – обоими видами уравнений. Каждый из этих трех классов подразделяют на подклассы:
стационарные системы с сосредоточенными параметрами;
– стационарные системы с сосредоточенными и распределенными параметрами;
– нестационарные, или переменные, системы с сосредоточенными параметрами;
– нестационарные, или переменные, системы, с сосредоточенными нераспределенными параметрами.
Кроме того, системы (или их математические модели) каждого из классов и подклассов могут быть подразделены на детерминированные или статистические.
Математическую модель системы называют детерминированной, если приложенные к ней воздействия и параметры модели являются постоянными или детерминированными функциями переменных состояния и времени. Математическую модель системы называют статистической, если приложенные к ней воздействия и параметры модели являются случайными функциями или случайными величинами.
В зависимости от прохождения и характера сигналов системы автоматического регулирования могут подразделяться на непрерывные и дискретные, или прерывистые.
Если в процессе регулирования структура всех связей в системе остается неизменной, то такая система является системой непрерывного регулирования. Сигналы на выходе элементов такой системы являются непрерывными функциями воздействий и времени. Между элементами на входе и выходе системы существует непрерывная функциональная связь.
Системы прерывистого регулирования отличаются тем, что в них через дискретные промежутки времени происходит размыкание или замыкание цепи воздействий.
Системы прерывистого действия подразделяют на импульсные и релейные. В импульсных системах размыкание цепи воздействий производится принудительно и периодически специальным прерывающим устройством. В течение передачи импульсов процессы в этих системах протекают так же, как и в непрерывных САР. Импульсные системы содержат импульсные элементы и осуществляют квантование сигнала по времени. В системах релейного действия размыкание или замыкание цепи воздействия производится одним из элементов системы при непрерывном значении входного воздействия. Размыкание или замыкание осуществляется с помощью реле или элемента, имеющего релейную характеристику. Реле срабатывает при определенном значении воздействия на его чувствительный орган.
2. КЛАССИФИКАЦИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ РАБОЧИХ ЖИДКОСТЕЙ ГИДРОПРИВОДОВ.
Жидкость гидропривода — его рабочий элемент, поэтому к ней предъявляются требования обеспечения прочности и долговечности. Она, как и всякий иной конструктивный элемент, подвержена механическому и химическому разрушению (деструкции), имеет ограниченный срок службы, причем последний во многом зависит от типа жидкости, условий и режима эксплуатации. Помимо этого жидкость служит смазывающим материалом (должна обеспечивать смазку мехнизмов гидропривода), а также охлаждающей средой.
В качестве рабочих жидкостей в гидросистемах станков применяют минеральные масла, изготовленные на нефтяной основе как с присадками, так и без них, а также синтетические жидкости, основу которых составляют эфиры, кремний- и фтороуглеродистые полимеры. Иногда, в частности для гидроприводов кузнечно-прессовых машин, используют масляно-водные эмульсии.
Существуют два вида присадок для жидкости: а) изменяющие химические свойства основы — антиокислители и ингибиторы коррозии; б) изменяющие физические свойства — вязкость, температуру застывания, смазочные способности.
Контроль за состоянием жидкости в процессе эксплуатации ведут по стабильности химического состава и вязкости, по уровню загрязнения.
Стабильность состава характеризуется постоянством содержания водорастворимых кислот, осадков, соответствующим кислотным числом. Под кислотным числом подразумевают количество КОН (едкого кали) в миллиграммах, необходимое для нейтрализации свободных кислот в одном грамме масла. Само по себе кислотное число о пригодности жидкости к дальнейшей эксплуатации не свидетельствует. Чтобы оценить работоспособность жидкости, надо знать величину, на которую оно изменилось. В свежем минеральном масле, например, кислотное число составляет 0,1...0,2 мг КОН. Жидкость считается непригодной к эксплуатации, если кислотное число достигнет значений 4... ...5 мг КОН.
Окисление масел кислородом воздуха, молекулярно-структурные изменения в них от воздействия меняющихся давлений и температур, электрогальванические процессы, возникающие из-за различия электрических зарядов на смачиваемых поверхностях деталей, изготовленных из разнородных материалов, и ряд других факторов являются причинами старения жидкости. Этот процесс сопровождается изменением вязкости и однородности жидкости, ухудшением ее смазывающей способности, образованием осадков, а также усиливает коррозионные процессы деталей элементов гидропривода. В практике принято заменять рабочую жидкость в гидросистеме, если ее вязкость в процессе эксплуатации изменилась по сравнению с первоначальной на 20... ...25%.
Загрязнение масла частицами органического и неорганического происхождения размерами более 200 мкм не допускается.
В гидроприводах машин, предназначенных для работы в стабильных температурных условиях, обычно применяют рабочие жидкости минерального происхождения с диапазоном вязкости при температуре 50 °С примерно 10—40 сСт, а именно: трансформаторное, веретенное АУ, индустриальное, турбинное и другие масла. Применение менее вязких жидкостей приводит к увеличению утечек, а более вязких — к увеличению гидравлических потерь.
Для работы в условиях широкого температурного диапазона от 333 до 213 К (±60 °С) применяют специальные смеси минеральных масел, обеспечивающих вязкость в диапазоне температур от 320 до 220 К (±50 °С) в пределах от 10 до 1200 К. Этим требованиям отвечает масляная смесь АМГ-10.
Для работы при температурах около 450—500 К (180—230 °С) применяют синтетические жидкости на кремнийорганической основе. Последние годы из-за увеличивающегося дефицита нефтепродуктов " и стремления к использованию негорючих материалов все более широкое применение в гидросистемах находят водомасляные эмульсии и синтетические негорючие жидкости на водяной основе. Используя такие материалы, надо учитывать их повышенную склонность к деструкции, коррозионную и кавитационную активность.
В практике часто используют понятия относительный удельный вес и относительная плотность, являющиеся безразмерными величинами. Первая характеризует отношение удельного веса жидкости, взятой при определенной температуре, к удельному весу дистиллированной воды при температуре около 4 °С и нормальном атмосферном давлении, вторая — отношение плотностей исследуемой жидкости и дистиллированной воды.
Плотность часто называют характеристикой инерционности жидкости, поскольку она определяет значения ударных явлений в замкнутых объемах, а также сопротивления перемещению жидкости с различными ускорениями.
Вязкость жидкостей. Силы поверхностного натяжения жидкостей. При движении реальных жидкостей различные слои потока имеют разные скорости перемещений В 1686 г. И. Ньютон высказал предположение, что разность в скоростях перемещений слоев жидкости вызвана наличием между ними сил Р внутреннего трения, которые прямо пропорциональны скорости относительного движения слоев и площади соприкосновения.
Динамическая вязкость равна силе трения, приходящейся на единицу поверхности соприкасающихся слоев жидкости, градиент скорости которых равен единице. Числовое значение коэффициента вязкости выражается в паскаль-секундах (Па*с).
Изучая характер движения жидкости, принимают во внимание, наряду с вязкостью, и ее инерционность. Отношение динамической вязкости к плотности жидкости называют кинематической вязкостью. В СИ кинематическую вязкость измеряют в квадратных метрах в секунду (м2/с). Известно из опыта, что на поверхности раздела жидкости и газа действуют силы поверхностного натяжения, стремящиеся придать объему жидкости сферическую формуй вызывающие некоторое дополнительное давление в объеме. Заметно это давление лишь в малых объемах (каплях) жидкости.
Это дополнительное давление вызывает подъем жидкости в трубах малого диаметра.
Влияние температуры и давления на характеристики рабочих жидкостей В процессе эксплуатации гидросистем жидкость подвергается воздействию нагрева и охлаждения, меняющихся давлений. Это существенно изменяет ее характеристики.
Влияние температуры. Повышение температуры увеличивает объем большин -
ства рабочих жидкостей. Эта зависимость характеризуется температурным коэффициентом объемного расширения, который равен отношению относительного изменения исследуемого объема к изменению температуры Т при постоянном давлении
Практика показывает, что температурный коэффициент объемного расширения зависит от природы жидкости и ее исходной плотности. Нагревание жидкости, находящейся в закрытой жесткой емкости (резервуаре, силовом цилиндре и так далее), может привести к возникновению недопустимо высоких давлений. Для предотвращения таких аварийных ситуаций в гидросистемах устанавливают гидроаппараты управления давлением жидкости.
С повышением температуры уменьшается вязкость капельных жидкостей. Обычно эта зависимость выражается эмпирическими формулами, используя которые, можно получить близкие к экспериментальным значения коэффициентов вязкости.
Считается, что жидкость пригодна для эксплуатации, если ее вязкость в диапазоне температур ±50 °С изменяется не более чем в 100 раз.
Влияние давления. Реальные рабочие жидкости (капельные) в отличие от «идеальных» с увеличением давления уменьшают первоначально занимаемые ими объемы. Для объемного гидропривода эффект сжимаемости жидкости — явление, как правило, отрицательное, так как не позволяет реально использовать энергию, затраченную на ее сжатие.
Степень сжатия жидкости зависит от ее природы. Так, у воды она незначительна, а у жидкостей, являющихся продуктами перегонки нефти или полученных синтезом, достигает весьма больших значений.
Сжимаемость жидкости характеризуется коэффициентом объемного сжатия р, равного отношению относительного изменения ее объема к изменению давления при постоянной температуре.
Величину Еж, обратную коэффициенту объемного сжатия, называют объемным модулем упругости жидкости.
Объемный модуль упругости жидкости Еж зависит от ее физической природы
температуры, давления и количества растворенного воздуха, что вызывает трудности при аналитическом определении значений Еж. Особенно сказываются на значениях Еж тепловые условия, при которых происходит сжатие. В связи с этим находят изотермический и адиабатический модули упругости.
Поскольку в объемных гидроприводах тепловое процессы протекают значительно медленнее, чем процессы изменений давлений, то под объемным модулем упругости, как правило, подразумевают адиабатический модуль упругости. Значение его определяют экспериментально.
С увеличением давления коэффициент объемного сжатия жидкостей уменьшается, а модуль упругости повышается. Отмечается при этом неравномерность изменения упомянутых характеристик с возрастанием давления. Наиболее интенсивно объемный модуль упругости повышается при сравнительно низких давлениях — до 100...120 МПа. В общем случае для маловязких жидкостей объемный модуль упругости при атмосферном давлении и 20 °С составляет не более 135 МПа, вязких — 170 МПа.
Увеличение давления изменяет вязкость жидкости, что особенно заметно при высоких давлениях. Так, при росте давления от 0 до 150 МПа вязкость повышается в среднем в 15 раз, а при росте его от 0 до 200 МПа — в 50... 1000 раз. Большинство минеральных масел затвердевает при давлениях около 2500 МПа и температуре 20 °С, вода —при 840 Мпа.