Л_06_Методы исследования нелинейных САУ

Методы исследования
нелинейных САУ. Колебания
нелинейных САУ
• Преобразование заданной структурной схемы
системы.
• Определение наличия в системе автоколебаний.
• Параметры автоколебаний при различных значениях
параметров системы.
• Коррекция системы управления для ликвидации
автоколебаний.
Типы нелинейных звеньев САУ
Примеры работы нелинейных
элементов:
• Сила трения
• Пружинные элементы (рессоры,
клапана с пружинами)
• Электротехнические схемы с катушками
индуктивности и ёмкостью
• Люфт
• Гистерезис
• Зона нечувствительности элемента
Типовая функциональная схема САУ
Задача выбора параметров настройки в системе автоматического
регулирования или управления состоит в том, чтобы найти такие параметры
регулятора, при которых переходный процесс в системе удовлетворяет
следующим требованиям:
1. затухание переходного процесса должно быть интенсивным;
2. перерегулирование должно быть минимальным;
3. продолжительность переходного процесса должна быть
минимальным.
Большинство уравнений объектов являются нелинейными, однако в этих
случаях знание решений, полученных для линейных систем, часто даёт
возможность подойти к решению для нелинейной системы.
Метод фазового пространства, метод гармонической
линеаризации.
Для анализа нелинейных систем необходимо так преобразовать
структурную схему, что бы нелинейный элемент был
самостоятельным звеном, а вся остальная часть системы
представляла бы собой линейную часть.
При преобразовании следует соблюдать следующие правила:
нельзя перемещать звенья структурной схемы за нелинейный
элемент, так как сигнал на выходе нелинейного элемента
существенно зависит от величины входного сигнала, поэтому
также не рекомендуется переносить за него точки суммирования.
Как правило, управляющие системы обладают свойством
фильтра низких частот, т.е. они пропускают или не
пропускают с большим ослаблением вторые и более
высокие гармоники. Гармоническая линеаризация - это
метод, позволяющий описать нелинейное звено линейным
уравнением, которое получается при пренебрежении
высшими гармониками в разложении нелинейной функции
в ряд Фурье.
Классический регулятор
давления газа
сопло Лаваля
Регулятор на основе
сопла Лаваля
Пневматическое оборудование автомобиля включает
компрессор, водоспускной вентиль, предохранитель
против замерзания конденсата, регулятор давления,
четырехсторонний предохранительный клапан,
воздушные резервуары, тормозной кран, релейный
клапан, обратный клапан, кран управления тормозами
прицепа, воздухопроводы и их арматуру. Эти узлы и
агрегаты служат для создания определенного запаса
сжатого воздуха в пневмосистеме и приведения в
действие тормозов автомобиля. Кроме того, узлы и
агрегаты пневмооборудования позволяют использовать
сжатый воздух для ряда вспомогательных целей: для
приведения в действие механизмов включения
межколесной и межосевой блокировки
дифференциалов, накачивания шин, приема сжатого
воздуха в систему для растормаживания тормозных
цилиндров стояночного тормоза и пр.
Компрессор поршневого типа, непрямоточный,
одноцилиндровый, одноступенчатого сжатия,
воздушного охлаждения. Установлен в передней части
двигателя и приводится в действие с помощью ремня от
шкива коленчатого вала. Воздух к компрессору
подводится по трубопроводу от патрубка правого
впускного трубопровода двигателя. Таким образом, для
очистки воздуха, необходимого для работы
компрессора, используется воздушный фильтр
двигателя. В цилиндр компрессора воздух поступает
через впускной пластинчатый клапан, который
открывается под действием разрежения в период такта
всасывания. Сжатый поршнем воздух вытесняется в
пневматическую систему автомобиля также через
пластинчатый нагнетательный клапан.
Энергогоаккумулятор. Сжатый воздух к
отверстиям подводится от одного и того же
резервуара, поэтому давление в
соответствующих полостях релейного клапана
одинаковое. Но вследствие того, что площадь
поршня, на которую действует давление сжатого
воздуха в полости со стороны отверстия
больше, чем площадь поршня в полости со
стороны отверстия, поршень находится в
нижнем положении, в результате выпускной
клапан закрыт, а впускной открыт.
Замер утечки
воздуха через
неплотности
цилиндра
Ш Д
ЭБУ
1 - ключ зажигания; 2 – разъем для подключения внешних
средств диагностики; 3 - сигнал включения нейтральной
передачи; 4 - сигнал включения кондиционера; 5 - сигнал
скорости автомобиля; 6 - реле включения; 7 распределитель зажигания; 8 – катушка зажигания; 9 датчик аварийного падения давления масла; 10 - реле;
11 - электронный блок управления; 12 - шаговый
двигатель системы управления частотой вращения
коленчатого вала на холостом ходу; 13 - датчик расхода
воздуха; 14 - датчик температуры поступающего в
двигатель воздуха; 15 - регулятор давления;
16 - датчик угла открытия дроссельной заслонки; 17 клапан холостого хода; 18 - форсунка холостого хода; 19 –
редукционный клапан; 20 - форсунка;
21 - таймер прогрева; 22 - датчик температуры
охлаждающей жидкости; 23 - датчик детонации; 24 топливный фильтр; 25 - топливный насос; 26 - бак для
топлива; 27 - датчик кислорода.
Задание 10: Укажите на схеме средства автоматики и опишите их работу
Принцип работы колонки основан на том, что воздух из магистрали через
распределительный механизм поступает сначала в шину, а затем шины через тот
же распределительный механизм и регулятор давления, выполняющий
управляющие функции. Распределительный механизм состоит из трех клапанов,
открывающихся
от
кулачкового
вала,
приводимого
во
вращение
электродвигателем. При открытии клапана 10 воздух через распределитель
поступает в шланг с наконечником 16 и 17 в зависимости от положения вентилей
14 и в шину. При закрытии клапана 10 кратковременно открывается клапан и
снижается давление в подводящих шлангах, так как через клапан они сообщаются
с атмосферой. После закрытия клапана открывается клапан 12 и воздух из шины
поступает к регулятору давления и контрольному манометру 2. После закрытия
клапана 12 процесс работы распределительного механизма повторяется до
отключения колонки регулятором при достижении заданного давления. Регулятор
давления состоит из корпуса с крышкой, между которыми зажата резиновая
диафрагма. В крышке регулятора находится подвижной толкатель 6, опирающийся
одним концом на диафрагму, а другим — на рычаг 5 с перемещающимся по нему
грузом 8. Рычаг 5 качается около точки 4. На левом плече рычага 5 находится упор
3 с пружиной, который при подъеме рычага 5 включает контакты
микровыключателя 9. Груз 8 предназначен для задания величины давления. Если
при надевании наконечника 16 и 17 на золотник шины давление в последней будет
выше заданного, включенный двигатель сразу же будет остановлен, В этом случае
необходимо запорным краном 15 выпустить воздух из шины до включения колонки,
которая выключится при достижении заданного давления. Кран 13 служит для
подключения манометра при настройке регулятора.
Общая схема
подготовки
сжатого воздуха
для
технологических
операций
(малярный
участок)
Датчики давления, расхода и
температуры
Больше всего в технических системах используются
поисковые экстремальные адаптивные регуляторы.
Схема экстремального регулятора параметров камеры
сгорания содержит три регулятора: регулятор
стабилизации температуры Рт в камере сгорания,
регулятор отношения расхода топлива к расходу воздуха
Ро и экстремальный регулятор (ЭР).
Регулятор Рт регулирует температуру в камере сгорания
путем изменения расхода топлива. Температура в камере
сгорания Тх воспринимается датчиком температуры Дт,
сравнивается в регуляторе с заданной температуройTz,
формируемой задатчиком. По результату сравнения
регулятор формирует команды, поступающие на
исполнительный механизм М1, управляющий клапаном
В1 в магистрали подачи топлива в камеру сгорания.
Регулятор отношения регулирует расход воздуха. Расход
воздуха /в определяется датчиком ДРВ, расход топлива
— датчиком ДРТ
В регуляторе определяется отношение K = Fв / Fт и в соответствии с
ним формируется управляющий сигнал на исполнительный механизм
М2, управляющий клапаном В2 на магистрали воздуха. Цель
оптимизации процесса сгорания топлива заключается в минимизации
расхода топлива при условии стабилизации заданной температуры в
камере сгорания. Регулируемым параметром контура оптимизации
является отношение К При малых значениях К сгорает часть топлива и
расход его для получения заданной температуры увеличивается. При
больших значениях К часть тепла уносится лишним потоком воздуха,
что приводит к возрастанию расхода топлива. Если вид топлива
заранее не известен, то оптимальное отношение Ко определяется в
экстремальном регуляторе путем пошаговой процедуры поиска
экстремума функции Fт(К). Для этого параметру К в регуляторе
отношения дается приращение дельта К и определяется вызванное
этим изменение расхода топлива dFт(dК). Если это приращение
отрицательно, следующий шаг заключается в изменении расхода в
прежнем направлении; в противном случае направление поиска
изменяется на противоположное. После выполнения ряда шагов
система настраивается на оптимальное значение отношения &0 в
зависимости от вида топлива и совершает колебание около указанной
точки оптимума.
Тормозные системы. Автомобиль Магирус-290 оборудован
тремя тормозными системами: рабочей, действующей на все
колеса; стояночной, действующей на ведущие колеса;
вспомогательной, установленной в системе выпуска
отработавших газов. Тормозные механизмы приводятся в
действие при помощи пневматического привода. Источником
сжатого воздуха на автомобиле является компрессор .
Сжатый воздух от компрессора поступает в водоспускной
вентиль, который автоматически срабатывает при падении
давления от 1,5 кгс/см2. При отпускании тормозной педали
тяга освобождает толкатель и поршни под действием пружин
занимают верхнее положение. При этом клапаны
закрываются, а воздух из тормозных камер через отверстие
выходит в атмосферу. Релейный клапан предназначен для
уменьшения времени срабатывания пружинных
энергоаккумуляторов стояночного тормоза путем ускорения
впуска и выпуска сжатого воздуха и предохранения от
перегрузки тормозного привода при одновременном
включении стояночного и тормозной системы.
Термореле представляет собой спираль, закрытую
защитным кожухом, и два контакта. Один из контактов,
выполнен на конце биметаллической пластины, которая
проходит внутри спирали. По спирали проходит
электрический ток. В результате нагревания пластина
деформируется и замыкает контакты. Электромагнитный
топливный клапан предназначен для включения подачи
топлива к факельным свечам в соответствии со схемой
управления.
Стояночный тормоз. Для оттормаживания стояночного
тормоза необходимо рукоятку повернуть вперед до
отказа. При этом сжатый воздух будет поступать из
воздушного резервуара в тормозные камеры с
пружинными энергоаккумуляторами. Пружины
сжимаются, и тормоз растормаживается. Для аварийной
остановки автомобиля стояночным тормозом рукоятка
ручного тормозного крана поворачивается назад на
необходимый для торможения угол.