КО ВТОРОМУ ИЗДАНИЮ
' Материал книги охватывает круг элементов, входящих в состав регуляторов летательных аппаратов. По сравнению с первым изданием в книге большее внимание уделено расчетам, причем дополнительно рассматривается расчет некоторых типов гидроусилителей, потенциометрических датчиков, диэлектрических усилителей, термопреобразователей, фотопреобразователей и др., а также сильнее акцентируются общие моменты в расчете различных элементов. При этом в новом издании вопросы расчета излагаются не в отдельных главах, а непосредственно после ознакомления с устройством и схемами того или иного элемента. Однако и теперь, как правило, расчетные вопросы рассматриваются в отдельные параграфах, которые соответствующим кругом читателей (или при первом чтении) могут опускаться без существенных затруднений в понимании дальнейшего не связанного с расчетами материала. Предварительное изучение первых трех глав является необходимым.
Хотя специальные элементы вычислительных машин и выходят За рамки курса, в настоящем издании введена небольшая глава, связанная с вопросами сопряжения «обычных» элементов регулятора с цифровыми управляющими машинами. Более подробно 'зложены материалы о стабильности параметров и о надежности. Численные примеры, а также другие дополнительные сведения, язанные с курсовым проектированием, даны в книге петитом.
*\нига соответствует программе курса «Элементы автоматических VOTi^^"
.учроиств летательных аппаратов» и предназначена для сту-4()fi
дентов вузов, специализирующихся по автоматике летательных
аппаратов.
Автор выражает благодарность канд. техн. наук В. П. Кононову, канд. техн. наук П. А. Кононову, докт. техн. наук Д. В. Свечар- . нику, чл.-корр. АН СССР Б. С- Сотскову, акад. Б. Н. Петрову за ряд советов при подготовке настоящего издания, докт. техн. наук А. С. Абрамову, канд. техн. наук Б. С. Воронкову, канд. техн. наук -Ю. И. Коневу и докт. техн. наук Б. А. Рябову, а также коллек- , тивам кафедр, руководимых канд. техн. наук И. Е. Митрофановым,_¦ докт. техн. наук В. А. Павловым и канд. техн. наук Р. А. Персиано-вым, за ценные замечания по первому изданию книги.
ПРЕДИСЛОВИЕ
К ПЕРВОМУ ИЗДАНИЮ
Курс «Элементьп авиационных автоматических устройств», в соответствии с программой которого написана настоящая книга, имеет целью дать студентам факультетов автоматики авиационных вузов основные сведения о характеристиках и о подходе к проектированию конструктивных элементов (средств автоматики), входящих в состав регуляторов авиационных систем автоматического регулирования или имеющих ближайшую перспективу применения. Сообщаемые сведения вместе с материалом курса «Теория автоматического регулирования» дают необходимые общие знания по автоматике, без которых невозможно углубленное рассмотрение таких вопросов, как автоматическое пилотирование, автоматическое управление авиационными двигателями и др.
Весьма большое количество различных элементов, используемых в авиационных автоматических системах, не позволяет останавливаться на всех элементах одинаково подробно. К тому же согласно действующим учебным планам многие элементы обычно изучаются и в других курсах, но несколько с другой точки зрения. Поэтому в таких случаях в книге дается только краткая характеристика их работы в системах автоматического регулирования. Изучение специальные элементов телемеханических устройств (высокочастотные избирательные усилители, кодирующие и декодирующие элементы и т. п.) и вычислительных машин (функциональные потенциометры, линии задержки и'т- п.) выходит за рамки курса.
За рамки к; рея выходит также изучение сложных комплексных блоков-агрегатов (гироскопические блоки, агрегаты рулевых машинок, головки снарядов и т. д.), которые являются комбинацией элементарных преобразователей энергии и часто представляют со-и местные системы автоматического регулирования, хотя для стемы автоматического управления в целом (например, для си-стрМЫ стабшшзац.ии курса самолета или ракеты) эти местные си-нитрЫ И слУжат всего лишь воспринимающими элементами, испол-
"ельными элементами и т. п. ность пНИГ6 многокРатно подчеркивается принципиальная общ-остроения конструктивных и электрических схем самых раз-
личных по своему физическому устройству элементов, общность методов их расчета и т. д. Такой подход должен помочь более глубокому пониманию материала и сознательному уяснению преимуществ и недостатков элементов различного типа. Эти моменты со-* ставляют научную основу курса «Элементов», положение которого в комплексе дисциплин, формирующих инженера-автоматчика, можно в известной степени сравнить с местом курса «Сравнительная анатомия» в комплексе биологических дисциплин.
Совместное рассмотрение большого числа элементов, применяемых в различных областях техники, выявило значительное расхождение в понятиях одних и тех же терминов, различие в принятых обозначениях и т. д. Однако автор не считал себя вправе вводить иногда напрашивающиеся новые термины, ограничиваясь в подобных случаях указаниями на возможные оттенки и имеющиеся противоречия.
Для лучшего уяснения самой сути дела в книге (особенно в примерах) дается только основная схема расчета (первое приближение), а пути уточнения лишь указываются. Подчеркивается, что нужно полностью осознавать действительную необходимость уточнения расчета для данных конкретных условий и только тогда выбирать нужное направление и степень уточнения. Помещенные примеры имеют, таким образом, скорее иллюстративное, чем тренировочное значение. Расчетные навыки учащиеся должны получить в процессе курсового проектирования, используя при этом более специализированные руководства по проектированию и источники монографического характера, усвоение материала которых после ознакомления с материалом настоящей книги уже не должно представлять затруднений.
Книга предназначена для студентов-автоматчиков, но может представлять интерес и для инженерно-технических работников, а выделение вопросов расчета и проектирования в отдельные главы дает возможность использовать остальной материал книги в качестве пособия и для студентов других специальностей.
Принятый в книге порядок изложения, хотя и представляется, автору наиболее целесообразным, не является строго обязательным и в зависимости от местных условий может быть изменен.
Автор выражает благодарность докт. техн. наук Б. С. Сотскову, канд. техн. наук С. П. Иноземцеву и коллективам кафедр, руководимых чл.-корр. АН СССР Б. Н. Петровым и докт. техн. наук А. А. Красовским, за советы по содержанию книги. Автор также весьма признателен С. Н. Иконникову, Н. Т. Кобяковой, Ю. И. Коневу, В. М. Курбатову, Б. В. Петунину, А. К- Тер-Акопову и Н. Н. Ушакову за замечания, высказанные при просмотре отдельных глав рукописи.
Автор
ВВЕДЕНИЕ
1. СОДЕРЖАНИЕ И НАЗНАЧЕНИЕ КУРСА
Развитие всех областей техники в СССР и за границей в настоящее время характеризуется широкой автоматизацией различный производственных процессов- В программе КПСС говорится о том, что «в течение двадцатилетия осуществится в массовом масштабе комплексная автоматизация производства со все большим переходом к цехам и предприятиям — автоматам».
Автоматическими называются устройства, которые управляют различными процессами и контролируют их без непрерывного вмешательства человека. При этом не только высвобождается труд человека, но и повышается скорость и точность выполнения операций, что значительно повышает производительность труда. Существенно, что автоматические устройства позволяют повысить также производительность умственного труда. Наиболее совершенные образцы автоматических вычислительных машин заменяют труд сотен расчетчиков. Имеется положительный опыт применения подобный машин в области планирования народного хозяйства. Кроме того, автоматизация обеспечивает работу таких объектов, непосредственное обслуживание которых человеком невозможно вследствие вредности (например, химические и ядерные энергетические установки), отдаленности (например, управление беспилотными летательными аппаратами) или быстроты протекающих процессов (например, точное поддержание постоянства электрического напряжения).
В настоящее время резко увеличивается производство различного оборудования для автоматизации промышленности, а также внедряются новые типы автоматических устройств, основанные Не последних достижениях науки и техники.
Очень широко применяется автоматика на современных летательных аппаратах: без автоматики невозможен полет не только ракет, но и современных самолетов. Наиболее важно применять втоматизацию в следующих случаях:
Ч автоматизация силовой установки (регулирование скорости п^ 1цения Двигателя, подачи воздуха и топлива, давления и тем-
2Г^Ы газов реактивный двигателей и т. д.); > автоматическое управление полетом;
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
[редисловие ко второму изданию.................. 3
Предисловие к первому изданию.................. 5
ведение ,........................... 7
1. Содержание и назначение курса................ 7
2. Примеры систем автоматического регулирования........ 9
3. Систематизация элементов автоматики............. 14
Часть первая ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕМЕНТОВ
лава 1. Функциональные задачи и задачи преобразования..... 17
1. Функциональные задачи элементов.............. 17
2. Преобразование энергии в элементах............. 19
'лава II. Статические характеристики элементов ........ 20
1. Понятие о статических характеристиках............ 20
2. Примеры статических характеристик и их линеаризация..... 21
'лава III. Динамические характеристики элементов........ 25
1. Представление элементов звеньями.............. 25
2. Апериодическое звено . .................... 27
3. Колебательное звено..................... 30
4. Пропорциональное звено................... 32
5. Интегрирующее звено.................... 33
6. Дифференцирующее звено.................. 34
7. Релейное звено....................... 36
8. Последовательное и параллельное соединение звеньев..... 38
9. Обратная связь....................... 40
10. Апериодическое звено с жесткой обратной связью....... 41
11. Интегрирующее звено с отрицательной жесткой обратной связью 44
12. Учет недетектирующего характера звеньев введением обратных связей........................... 45
13. Частотные характеристики апериодического звена....... 46
14. Частотные характеристики других звеньев.......... 49
15. Экспериментальное определение типа звена и значений его параметров .......................... 51
Часть вторая
НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
КАК ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭНЕРГИИ
'лава IV. Преобразователи движения......... 54
1. Механические преобразователи перемещения......... 54
2, Гидравлические и пневматические усилители .......... 56
Стр.
3. Расчет золотниковых астатических гидроусилителей (гидродвигателей) ........................... 64
4. Расчет золотниковых статических гидроусилителей....... 70
5. Расчет гидроусилителя с управлением типа сопло—заслонка .... 72
6. Расчет струйного гидроусилителя............... 75
7. Особенности расчета пневматических усилителей......... 77
8. Преобразователи скорости в перемещение............ 81
9. Преобразователи давления и скорости жидкостей и газов в перемещение .......................... 86
10. Изменение статических характеристик элементов путем согласования
их тяговых и механических характеристик........... 87
Глава V. Тепломеханические и теплоэлектрические преобразователи . 91
1. Тепломеханические преобразователи.............. 91
2. Термопары.......................... 94
3. Термосопротивления..................... 96
4. Расчет вольт-амперных характеристик термосопротивлений . . . 101
5. Расчет статических характеристик датчиков и реле на термосопротивлениях .......................... 107
6. Динамические параметры датчиков и реле на термосопротивлениях ......................... Ш
* Глава VI. Преобразователи движения (механической энергии) в изменение
электрической энергии ....................... 113
1. Общая характеристика контактов................ 113
2. Искрообразование и дугообразование на контактах....... 118
3. Расчет контактов...................... 125
4. Потенциометрические датчики (проволочные потенциометры) . . 131
5. Расчет потенциометрических датчиков............. 136
6. Угольные реостаты, электролитические реостаты и тензодатчики ... 141
7. Индуктивные и емкостные датчики............... 143
8. Расчет индуктивных датчиков................ 148
9. Основы расчета реверсивных индуктивных датчиков....... 150
10. Сельсины......................... 155
11. Генераторные механоэлектрические преобразователи ....... 160
Глава VII. Преобразователи электрической энергии в движение (механическую энергию)........,............... 162
' 1. Электромагнитные механизмы.................- 162
2. Электромагнитные реле постоянного тока............ 165
3. Расчет магнитной цепи электромагнита постоянного тока..... 16°
4. Расчет тяговых характеристик................. |дЗ
5. Время срабатывания и отпускания реле постоянного тока .... 1''
6. Расчет динамических характеристик электромагнитных механизмов :; общем случае........................ jj^
7. Упрощенный расчет времени срабатывания реле постоянного тока 181
8. Последовательность расчета электромагнитного реле постоянного тока........................... °о
* 9. Поляризованные реле и механизмы.............. |°2
10. Особенности расчета поляризованных реле.......... qn
• 11. Особенности электромагнитных реле переменного тока ....
' 12. Магнитоэлектрические, электродинамические и индукционные реле
и датчики......................... п()->
13. Исполнительные электродвигатели...........
Глава VIII. Ферромагнитные, диэлектрические и электромеханические пре-
образователи электрической энергии ............... _
, 1. Трансформаторы......................
Стр.
* 2. Нереверсивные (дроссельные) магнитные усилители....... 208
3. Обратная связь в магнитных усилителях и быстродействующие магнитные усилители...................... 216
4. Реверсивные магнитные усилители............... 222
5. Особенности расчета магнитных усилителей.......... 226
6. Расчет статических характеристик графоаналитическим методом 228
7. Расчет статических характеристик аналитическим методом .... 233
8. Расчет статических характеристик реверсивных схем...... 239
9. Выбор размеров дросселей................. 246
10. Расчет статических характеристик магнитных усилителей при наличии обратных связей................... 253
11. Постоянная времени магнитных усилителей.......... 256
12. Диэлектрические усилители и их расчет............ 259
13. Электромашинные усилители................. 266
14. Линеаризованные электромеханические релейные усилители . . . 270 ' 15. Расчет статических характеристик усилителей, линеаризованных за
счет внешнего переменного напряжения............ 275
16. Расчет статических характеристик усилителей, линеаризованных за
счет обратной связи..................... 277
17. Вибропреобразователи.................... 282
Глава IX. Электронные, ионные и полупроводниковые преобразователи
электрической энергии ........................ 283
¦' 1. Общие сведения....................... 283
t 2. Электронные усилители постоянного тока.......... 285
' 3. Электронные усилители низкой частоты............ 291
i 4. Электронные фазочувствительные усилители.......... 293
. 5. Электронные модулирующие усилители............ 297
6. Некоторые общие свойства электронных усилителей...... 298
7. Графический расчет статических характеристик усилителей постоянного тока......................... 299
8. Аналитический расчет статических характеристик усилителей постоянного тока путем спрямления (идеализации) анодных характеристик 301
9. Аппроксимация анодных характеристик, основанная на законе «трех вторых»........................ 307
10. Расчет статических характеристик фазочувствительпых усилителей 310
11. Тиратронные усилители..................... 313
12. Расчет статических характеристик тиратронных усилителей . . . 316
13. Устройство полупроводниковых усилителей........... 319
14. Схемы полупроводниковых усилителей ............. 325
15. Графический расчет статических характеристик полупроводниковых усилителей......................... 332
16. Расчет статических характеристик полупроводниковых усилителей в системе g-параметров.................... 335
17. Расчет статических характеристик полупроводниковых усилителей в системе г-параметров...................... 339
18. О расчете полупроводниковых усилителей в системе /г-параметров . 345 • 19. Расчет статических характеристик фазочувствительных полупроводниковых усилителей...................... 346
Глава X. Преобразователи излучений................. 351
1. Фотоэлектрические преобразователи.............. 351
2. Расчет схем с фотоэлементами.................. 357
3. Электрические источники излучений.............. 362
4. Понятие о радиоизотопах................^ . 365
, 5. Применение радиоизотопов в воспринимающих элементах .... 367
Часть третья
Стр.
НЕКОТОРЫЕ СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВИДЫ ЭЛЕМЕНТОВ
Глава XI. Корректирующие элементы............... 370
1. Общие сведения........................ 370
2. Передаточные функции идеальных корректирующих устройств . 371
3. Дифференцирующие контуры.................. 373.
4. Интегрирующие контуры.................. . 377
5. Общий случай корректирующего контура . л......... 378
6. Активные корректирующие цепи................. 379
7. Нелинейные корректирующие цепи............... 380
8. Корректирующие контуры в цепях переменного тока...... 381
9. Форсирующие элементы . . , ... . . . ...... 384
Глава XII. Суммирование сигналов.................. 388
1. Общие сведения........................ 388
2. Механические суммирующие устройства............. 389
3. Электрические суммирующие устройства.......... . . . 390
Глава XIII. Элементы дискретного действия............. 392
1. Общие сведения........................ 392
2. Двухпозиционные элементы................... 393
3. Распределители и регистры.................. 396
4. Прямые и обратные преобразователи............. 401
5. Цифровая машина как элемент регулятора........... -104
Глава XIV. Стабилизаторы...................... 407
1. Общие сведения........................ 407
2. Параметрические стабилизаторы с активными сопротивлениями 408
3. Параметрические стабилизаторы с реактивными сопротивлениями 412
4. Понятие о компенсационных стабилизаторах........... 413
5. Гидравлические и пневматические стабилизаторы . ........ 415
Часть четвертая НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ
Глава XV. Стабильность и надежность................. 417
1. Причины изменения параметров элементов .......... 417
2. Расчет изменений (вариаций) величин параметров элемент .... 419
3. Расчет изменений передаточного коэффициента........ 421
4. Расчет коэффициента запаса электромагнитных реле....... 423
5. Определение надежности деталей............... 427
6. Расчет надежности элементов и способы ее повышения...... 430
7. Расчет надежности элементов по опасностям отказа детален . . . 433
Глава XVI. Общий подход к проектированию.............. 436
1. Последовательность выполнения проектных работ ... .' . . . . ¦ . 436
2. Общее в расчете различных элементов.............. 439
3. Быстродействие, мощность и габариты.............. 442
4. О выборе мощностей элементов регулятора............ 446
5. Степень напряженности материалов............... 447
6. Температурная форсировка................... 449
7. Перспективы развития элементов автоматических систем .... 453
Литература.......................... 455
Предметный указатель........................ 4о6
Цена: 500руб.
