большой клапан обеспечивает номинальный расход, а малый, установленный параллельно, обеспечивает необходимую чувствительность. Линейность (linearity). ЖeJштeшнo, чтобы в контуре управления существовала линейная зависимость между выходами регулятора и датчика, т. е, в цепочке "клапан - процесс - датчик". 1гсли контур управления не обладает линейной зависимостью выходных и входных величин, ее можно обеспечить выбором характеристи; клапана, а иногда и датчика. Качество управления при отсутствии линейности может оказаться низким, или потребуется реализация специальных способов управления.

Гистерезис (hysteresis). Это обычная проблема управляющих клапанов, возникающая из-за процессов сухого трения (прилипания) в месте прилегания запорного элемента клапана к седлу, а также потерь напора на клапане. Как правило, гистереаж являегся причиной небольших постоянных колебаний в контуре управления, для борьбы с которыми можно применять устройства точного позиционирования клапана. Это специальное устройство управления с большим коэф({)ициентом усиления, которое обеспечивает нужное ноложепие штока клапана. В этом случае унрав.ляю-щий компьютер ие осуществляет точного контроля за открытием клапана, а только вырабатывает опорные значения для устройства позиционирования клапана.

расход/ максимальный расход

О 20 40 60

Рис. 4.34. Характеристики клапанов

100 степень открытия клапана, % (положение штока)

Управляемость клапана можно определить на основании расчета двух расходов равных, например, 1,5 и 85 % от максимального расхода. В этом случае необходим знаты{)ункиию f(x), которая характеризует клапан. Клапаны поставляются со след\-FouHiMH характеристиками:

f(x) = X - линейная,

f(x) vx - соответствугощая квадратному корню,

f(x) = Л - равного пронеитпого отношения (где конструктивная постоянная А обычно лежит в пределах От 20 до 50).

4.9. Заключение 177

Эти зависимости показаны на рис. 4.34. Следует отметить, что идеальный клапан равного процентного отношения не закрывается полностьто. На практике их проектируют таким образом, чтобы получить линейную характеристику при очень малых открытиях, и, следовательно, они закрываются полностьго.

4.9. Заключение

Переменные физических процессов измеряются аналоговыми, цифровыми или бтптариыми датчиками. Тин выходного сигнала датчика - аналоговый, бинарный, последовательность импульсов - должен выбираться в зависимости от приложения н характера управления. Каждый датчик должен удовлетворять разнообразным требованиям, например:

- выход должен линейно зависеть от измеряемой величины;

- выходной сигнал должен иметь достаточно высокий уровень;

- са.м датчик не должен искажать измеряемую величину;

- датчик должен иметь низкое потребление моппюсти;

- датчик должен быть нечувствителен к вненгним воздействиям и помехам;

- выходной сигнал датчика должен быть одни.м и тем же при фиксированном значении измеряемой величины и не зависеть от предыдущих измерений; соответственно, измеренное значение должно однозначно определяться по выход-но.му сигналу датчика;

- датчик должен иметь адекватное время установления для правильного воспроизводства переходных нроцессов.

В главе были рассмотрены несколько примеров датчиков для аналоговых физических величин и для бинарных состояний.

Для качественной передачи сигналов по линиям связи необходимо согласование уровней сигналов и импедансов, чтобы исключить нагрузочные эффекты и использовать полный измерительный диапазон соответствующих устройств.

Были описаны важнейише причины наводок и помех на электрических линиях связи;

- резистивная связь;

- емкостная связь;

- игтдуктивная (магнитная) связь.

Рассмотрены основные способы подавления помех или уменьшения их влияния:

- экранирование и заземление; ~ гальваническая развязка;

~ применение витых проводов;

- раздельная прокладка силовых и сигнальных кабелей;

- сигнальное заземление.

Для передачи измерительной иифор.мации нрсдночтительнее использовать ток, а не напряжение, из-за чувствительности последнего к внешним но.мехам. Ток при-геияется в про.мышленных системах управления для передачи па большие расстояния. Во избсжагп1е многих нробле.м, связаигтых с электрическими наволками, все Таще используются оптические сигналы.

Исполнительные механизмы - это устройства, механически воздействующие;, физические процессы путем преобразования электрических сигналов в требуеуг, управляющее воздействие. Аналогично датчикам, исполнительные механизмы до-, жны быть подобраны соответствующим образом для каждой задачи. Исполните,!;, ные механизмы могут быть бинарными, дискретными или аналоговыми; конкретно; тин для каждой задачи выбирается с учетом необходимой выходной мощности иб, стродействия. В главе также рассмотрено электромеханическое преобразоваа;., энергии с помощью двигателей постоянного тока, асинхронных, синхронных и ша; вых двигателей. Многие исполнительные механизмы сами по себе являются сигмами управления, т. е. включают в себя контуры регулирования своих параметров;, основе управляющего сигнала от вненшей системы управления; некоторые сервоу,: хаииз.мы, изменяющие скорость и позиционирование, включают в себя и злемеШ; управления этими параметрами. В других случаях контур регулирования .мож? быть реализован управляющим компьютером.

Рекомендации по дальнейшему чтению

Хороших книг, посвященных общим вопросам измерений и инструмептатьнэ-техники, совсем немало. [Doebelin, 1990] представляет собой выдающийся справе ник, содержащий детальное описание большинства типов датчиков. Необходимой метить также [Alloca/Stuart, 1984] и [Barney, 1988J.

Прекрасным учебником по применению датчиков и исполнительных механиз,мс: в компьютерных системах управления является (de Silva, 1989J. В книге [Derenzc 1990J описаны некоторые вводные упражнения по интерфейсу с компьютерами и№ держится прекрасный перечень литературы но предмету. [Sargent/Shoeniaker, 1995 давно стала классическим трудом по программным и аппаратным интерфейсам д.? персональных компьготеров и может бьггь рекомендована всем, кто использует кс> пьютер не только как универсальньн"т игральный автомат, усовершенствованную ni-шущую маншнку или средство для блуждания в Интернете.

Измерение сил описано в [Norton, 1989], адатчики, работающие по принципуKt риолиса, в книге [ Vogtlin/Tschabold, 1990]. В [Pes.sen, 1989] дан хороший обзорэле трических и пневматических бинарных датчиков, исполнительных механизмов схем; этот учебник содержит также несколько полезных ссылок иа работы в давне области. Фотоэлектрические датчики подробно рассмотрены в [Juds, 1988].

Исполнительные механизмы са.ми но себе представляют целую науку, JFi- gerald/Kingsley/Umans, 1990] является стандартной книгой но электрическим .V ншпам. В [Leonhard, 1985]дается более углубленный материал но управлепиюспс? мами электропривода, а [Kenjo/Sugawara, 1994] является основным источником uiaroBbiM двигателям. Как современное и глубокое руководство по силовой электр никс и се применению для управления двигателями можно рекомендовать [Mohan/Undeland/Robbins, 1995].

Операционные усилители являются настолько важными элемента.ми цепей у равления, что существует огромное количество специальной литературы по эи теме. Среди других следует упомянуть книги [Gla,sford, 1986], (Hufault, 1986], (Irvin 1994] и [Jones, 1986]. Техника использования зазе.мле!1ий и экранирования oinrcaf в [Morrison, 1986jHOtt, 1988]. [Wilson/Hawkes, 1989] дает обширный обзор нри/ непия опто.электропики.