В книге изложены основы теории и расчета следящих приводов (следящих систем), а также основных элементов схем, следящего привода (сельсинов, исполнительных двигателей, усилительных устройств, устройств для выработки форсирующих и успокаивающих сигналов и др.).
Книга предназначена для инженеров, работающих в области автоматического управления, автоматического регулирования и электропривода.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Непрерывный рост механизации и автоматизации технологических процессов во всех отраслях народного хозяйства требует развития автоматики как науки. Важным разделом автоматики является следящий привод.
Следящий привод используется в различных системах автоматического управления и регулирования. С его помощью осуществляется регулирование агрегатов в энергосистемах, автоматизация прокатных, станов, печей и копировальных станков, управление механизмами гидротехнических сооружений, стабилизация •и вращение различных механизмов.
История развития следящего привода показывает, что нашей стране принадлежит приоритет в области создания важнейших типов устройств следящего привода и синхронной связи.
Выдающийся русский изобретатель А. П. Давыдов в 1865— 1867 гг. впервые в мире создал следящий привод и применил его в морском флоте.
В 1916—1921 гг. академик М. П. ОКостенко предложил и исследовал в лабораторных условиях силовой синхронно-следящий привод с применением электромашинного усилителя в виде коллекторного альтернатора переменного тока.
В 1931—1932 гг. во Всесоюзном электротехническом институте имени В. И. Ленина (ВЭИ) был создан тиратронный синхронно-следящий привод, а в .1938—1930 гг.—синхронно-следящий привод с применением электромашинных усилителей постоянного тока с высоким коэффициентом усиления. В ВЭИ были также разработаны новые типы самосинхронизирующихся электрических машин (сельсинов).
Современная теория следящего привода основывается на синтезе теории электрических машин и теории автоматического регулирования.
Благодаря работам академиков К. И. Шенфера, В. С. 'Куле-бакина, М. П. ЯКостенко, С. А. Лебедева, чл.-кор'р. Академии наук СССР И. С. Брука, А. Н. Ларионова, iB. А. Трапезникова профессоров А. А. Горева, П. С. Жданова, В. К. Попова' Р. А. Лютера, Д. А. Городского, Т. Г. Сорокера и других советских ученых теория электрических машин и сложных электрических систем была обогащена новыми методами исследования, созданы конструкции и разработана теория современных элек-
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие ............................. 3
Глава первая. Основные понятия.................. 9
1-1. Понятие об автоматическом регулировании.......... 9
1-2. Понятие о следящем приводе................. 14
1-3. Элементарная теория следящего привода ........... 25
1-4. Основные характеристики следящего привода......... 42
1-5. Основные типы следящего привода.............. 45
Глава вторая. Общий метод исследования рабочих процессов
в электрических машинах следящего привода...... 50
2-1. Предварительные замечания.................. 50
2-2. Дифференциальные уравнения электрических машин -постоянного тока и их линейные преобразования........... 53
2-3. Теория преобразования дифференциальных уравнений машин переменного тока........................ 62
Глава третья. Самосинхронизирующаяся система синхронной передачи на однофазном переменном токе (сельсины) . . 76 3-1. Основные требования к аппаратуре синхронной передачи .... 76 3-2. Сельсины. Принцип действия и основные схемы включения . . 77
3-3. Бесконтактные сельсины................... 82
3-4. Дифференциальные сельсины................. 84
3-5. Теория сельсинов....................... 86
3-6. Основные характеристики сельсинов.............. 96
Глава четвертая. Устройства для измерения рассогласования 101
4-1. Основные требования..................... 101
4-2. Контактные измерительные устройства............ 102
4-3. Реостатные измерительные устройства .... •...... 106
4-4. Емкостные измерительные устройства............. 108
4-5. Индуктивные измерительные устройства............ 109
4-6. Сельсинная схема измерения угла рассогласования...... 114
4-7. Теория трансформаторной сельсинной схемы.......... 118
4-8. Погрешности сельсинной схемы в определении согласованного
положения командной и исполнительной осей......... 123
4-9. Двойная система измерения угла рассогласования....... 131
Глава пятая. Исполнительные двигатели.......•..... 133
5-1. Общие сведения....................... 133
5-2. Переходные процессы в двигателе постоянного тока с независимым возбуждением................... .137
5-3. Электромеханическая и электромагнитная постоянные времени
двигателя постоянного тока с независимым возбуждением . . . 142
5-4. Типовые динамические звенья и уравнения двигателя..... 147
5-5. Амплитудно-фазовая характеристика двигателя постоянного тока
с независимым возбуждением................. 151
5-6. Управление двигателем постоянного тока изменением напряжения возбуждения............•.......... 154
5-7. Асинхронные двухфазные двигатели.............. 157
5-8. Амплитудно-фазовая характеристика асинхронного двухфазного
двигателя.......................... 174
5-9. Приведение величин к оси нагрузки. Замечание о расчете мощности двигателя....................... 179
Содержание
Глава шестая. Усилительные устройства следящего привода . . 182
6-1. Назначенье и типы усилительных устройств..........182
6-2. Фазочувствительные выпрямительные схемы..........184
6-3. Электронные усилители...........•........191
6-4. Тиратронные усилители....................205
6-5. Магнитные усилители....................216
6-6. Элек ромашинные усилители.................244
6-7. Электрома цинный усилитель с поперечным полем.......246
6-8. Работа ЭМУ с поперечным полем на исполнительный двигатель
постоянного тока с независимым возбуждением........255
6-9. Электромашинный усилитель с самовозбуждением.......262
6-10. Гидравлические усилители..................268
6-11. Сравнение усилительных устройств различного типа......276
Глава седьмая. Устройства для выработки форсирующих и успокаивающих сигналов...................277
7-1. Тахогенераторы......................277
7-2. Схема с двумя тахогенераторами для получения сигнала, пропорционального производной рассогласования ......... 281
7-3. Измеритель ускорения....................282
7-4. Использование напряжений и токов цепи якоря исполнительного двигателя для выработки успокаивающих сигналов . . . 283
7-5. Дифференцирующий трансформатор..............285
7-6. Емкостно-омический дифференцирующий контур........290
7-7. Двигатель постоянного тока в качестве „динамической емкости' 294 7-8. Контуры для диф|)гренцирования сигналов переменного тока 295
7-9. Интегрирующие контуры................. 303
7-10. Комбинированный дифференцирующий и интегрирующий контур 305
Глава восьмая. Схемы синхронно-следящих приводов......307
8-1. Селекция сигналов сельсинных схем точного и грубого отсчета 307 8-2. Маломощные синхр нно-следящие приводы с электронными и
магнитными усилителями..............• . . . 315
8-3. Синхронно-следящие приводы с тиратронными усилителями . . . 321 8-4. Синхронно-следящие приводы с электромашинными усилителями 326
8-5. Электрогидравлические синхронно-следящие приводы......336
8-6. Автоматический вывод исполнительной оси из крайних положений ..............................338
Глава девятая. Теория линейного синхронно-следящего привода 341 9-1. Составление дифференциальных уравнений системы следящего
привода ... . „..................342
9-2. Понятие о передаточных функциях системы следящего привода 349
9-3. Понятие об устойчивости следящего привода.........354
9-4. Критерии устойчивости...................358
9-5. Применение критерия Рауса-Гурвица для анализа устойчивости
следящего привода ................. . 367
9-6. Анализ устойчивости следящего привода по критерию А. В. Михайлова ...................... 376
9-7. Частотные характеристики разомкнутой системы следящего привода. Понятие о запасе устойчивости ... ......... 381
9-8. Анализ устойчивости следящего привода посредством амплитудно-фазовых характеристик...............383
9-9. Некоторые особенности теории электрогидравлического следящего привода........................401
9-10. Частотные характеристики замкнутой системы следящего привода ........... .................406
9-11. Быстродействие следящего привода.............408
g сооержание
9-12. Приближенный метод оценки качества переходного процесса
по частотным характеристикам привода............ 419
9-13. Суждение о качестве переходного процесса по амплитудно-фазовым характеристикам разомкнутой системы......... 426
9-14. Приближенный метод построения кривой переходного процесса 433
9-15. Логарифмические частотные характеристики следящего привода 442
Глава десятая. Влияние нелинейностей на работу синхронно-следящего привода................... 454
10-1. Основные нелинейности синхронно-следящего привода .... 454 10-2. Общее понятие об экв: валентной амплитудно-фазовой характеристике нелинейного звена......"........... 460
10-3. Определение амплитуды и частоты автоколебаний...... 463
10-4. Усилитель с ограниченной мощностью............ 471
10-5. Усилитель с зоной нечувствительности и ограниченной мощностью ........"................... 474
10-6. Зазор в механических передачах между исполнительным двигателем и измерителем рассогласования........... 479
10-7. Сухое трение........................ 485
10-8. Зазор и сухое трение.....-.............. 491
10-9. Петля гистерезиса в характеристике усилителя....... 4t6
10-10. Зазор в передаче между исполнительным двигателем и тахоге-
нератором обратной связи................. 500
10-11. Приближенная оценка влияния нелинейностей на продолжительность переходного процесса синхронно-следящего привода . . 504 10-12. Приближенный частотный метод построения кривой переходного
процесса в нелинейных системах . . . ,........... 516
Глава одиннадцатая. Релейный следящий привод......... 531
11-1. Особенности релейного следящего привода.......... 531
11-2. Примеры схем релейных следящих приводов........ 534
11-3. Характеристика релейного следящего привода-....... 538
11-4. Релейный следящий привод без зоны нечувствительности. . . 539 11-5. Релейный следящий привод без зоны нечувствительности
с инерционным вспомогательным усилителем......... 543
11-6. Релейный следящий привод без зоны нечувствительности при
запаздывании реле...........".......... 544
11-7. Релейный следящий привод с зоной нечувствительности . . . 545 11-8. Релейный следящий привод с зоной нечувствительности при
коэффициенте возврата реле X < 1 ............. 550
11-9. Релейный следящий привод с дополнительными связями по
производным угла рассогласования.............. 557
11-10. Релейный следящий привод с отрицательной обратной связью
по скорости отработки .... ............. 562
11-11. Приближенная оценка продолжительности переходного процесса в релейном следящем приводе ... • •........ 563
11-12. Расчет кривой переходного процесса в релейных следящих
приводах.......................... 566
Глава двенадцатая. Элементы статистической динамики следящего привода ...................... 572
12-1. Постановка задачи...................... 572
12-2. Характеристики случайных процессов............ 575
12-3. Характеристики стационарных случайных процессов..... 579
12-4. Прохождение случайного сигнала через линейную систему . . 587
Литература........................... 593
ГЛАВАПЕРВАЯ
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Следящий привод является одним из основных разделов техники автоматического регулирования и управления.
Во многих отраслях промышленности возникает необходимость в воспроизведении одним устройством перемещений другого устройства при отсутствии механической связи между ними.
В копировальном станке, иапример, щуп скользит по поверхности модели, форма которой должна с большой точностью автоматически воспроизводиться режущим инструментом станка на обрабатываемой детали. При прокате металла мощный механизм перестановки валков автоматически перемещает их в соответствии с движением маломощного механизма, задающего программу прокатки.
Необходимость воспроизведения перемещений на расстоянии возникает в измерительной техеике при дистанционном измерении уровня жидкости в резервуарах, положения различных вентилей и клапанов, скорости и курса корабля и т. д.
При дистанционном управлении различными производственными процессами в ряде случаев движение регулирующего органа (заслонок, задвижек и т. п.) должно воспроизводить движение командного механизма, расположенного на расстояний от управ-ля^мого объекта.
Для воспроизведения движения применяются устройства, которые называются следящими приводами.
Рассмотрим некоторые основные понятия, относящиеся к следящему приводу. Чтобы выяснить общие черты и отличительные особенности устройств следящего привода и автоматических регуляторов, начнем изложение с общего понятия об автоматическом регулировании.
1-1. Понятие об автоматическом регулировании
Техника автоматического регулирования обеспечивает поддержание заданного режима протекания технологического процесса. Поддержание заданных условий протекания технологического процесса производится комплексом измерительных приборов, аппаратуры управления и приводных механизмов.
Цена: 500руб.
