Проектирование гидросистем (стр. 2 из 6)
Результаты оптимизации. У большинства проектных вариантов регулятора, наблюдается улучшение динамических характеристик за счет уменьшения времени переходного процесса и динамической ошибки. Однако, это улучшение достигается за счет увеличения расхода Qупр жидкости, необходимого для управления насосом.
2.4. Однокаскадные автономные электрогидравлические следящие привода (ЭГСП)
Каждый ЭГСП характеризуется параметрами: давлением настройки предохранительного клапана, коэффициентом подачи насоса, коэффициентом давления. Эти параметры приняты в качестве варьируемых. Для оценки качества ЭГСП приняты критерии: энергетический показатель, определяемый количеством потребляемой приводом энергии в отсутствие командного сигнала; динамический показатель, характеризующий переходные процессы в приводе и точность, осуществляемого с помощью привода, управления объектом.
Необходимо рассмотреть схемы ЭГСП двух типов. ЭГСП второго типа имеет несколько меньшую потребляемую мощность. Схемы обоих типов ЭГСП имеют близкие значения показателей качества переходного процесса. По потребляемой электрической мощности в отсутствие командного сигнала ЭГСП второго типа является более экономичным. По качеству переходного процесса ЭГСП первого типа обладает несколько большим быстродействием.
3. Математическое моделирование и оптимальное проектирование автономного электрогидравлического привода
3.1 Постановка задачи оптимального проектирования электрогидравлических следящих приводов
Алгоритм нахождения оптимального проектного варианта электрогидравлического следящего привода (ЭГСП) можно построить, применив метод ЛПτ–поиска. В этом случае задача ставится следующим образом.
Пусть качество ЭГСП характеризуется некоторой совокупностью критериальных функций
и конструктивных параметров 
. Координаты вектора 
можно варьировать, изменяя конструктивные параметры системы и соответственно получая различные показатели ее качества. Конкретные значения 
выбирают из некоторой области 
. Область 
определяется совокупностью ограничений на варьируемые параметры типа равенства 
и/или неравенства 
, а также функциональными ограничениями 
. Ограничения назначаются на основании технических, эксплуатационных и других требований. Те из полученного множества 
допустимые проектные решения, которые обеспечивают наилучшее в заданном смысле значения 
, образуют подмножество 
оптимальных вариантов 
. В указанной постановке задачу оптимального проектирования можно представить в таком виде 
; 
, 
;
;
, 
;
, 
, 
;
, 
,где opt - оператор, реализующий принцип оптимизации.
В алгоритме поиска оптимального решения используются математические модели ЭГСП, которые состоят из дифференциальных и алгебраических уравнений:
; 
,где
- n-мерный вектор переменных состояния, 
- m-мерный вектор конструктивных (варьируемых) параметров ЭГСП, t - время. При решении этой системы уравнений, параметры ЭГСП должны быть выбраны так, чтобы они наилучшим образом удовлетворяли техническим требованиям, сформулированным в виде критериев качества ЭГСП и совокупности ограничений.Варьируемые параметры и параметрические ограничения. Каждый ЭГСП характеризуется параметрами:
- давление настройки предохранительного клапана -
,- коэффициент подачи насоса (определяет, насколько увеличивается подача насоса за счет утечек на слив) -
,- коэффициент давления (определяет какое давление будет в отсутствие управляющего сигнала на обмотках ЭМП) -
.Эти параметры приняты в качестве варьируемых, на их значения наложены ограничения, указанные в техническом задании.
Критерии качества. Для оценки качества ЭГСП приняты критерии:
1. Энергетический показатель, определяемый количеством потребляемой приводом энергии в отсутствие командного сигнала.
2. Динамический показатель, характеризующий переходные процессы в приводе и точность, осуществляемого с помощью привода, управления объектом.
Кроме того, должны учитываться не формализуемые показатели, к которым относятся технологические возможности производства приводов, опыт эксплуатации приводов данного типа и др.
Задача оптимального проектирования состоит в выборе таких параметров ЭГСП, чтобы достигались минимум потребляемой приводом энергии, переходные процессы не хуже допустимых, заданная точность управления объектом и минимальные массогабаритные характеристики. При этом должны быть удовлетворены все параметрические и функциональные ограничения.
Решение задачи рассмотрим на примере проектирования автономного ЭГСП с одной ступенью усиления мощности потока жидкости, подводимой к исполнительному гидродвигателю. При этом используем метод ЛП
-поиска. Поскольку число исходных исследуемых вариантов не влияет на решение данной задачи, с целью сокращения излагаемого материала ограничимся двумя типами наиболее часто применяемых на практике приводов.3.2 Математические модели автономных электрогидравлических следящих приводов
Схема ЭГСП первого типа дана на рис.1. Электродвигатель 1 приводит во вращение трехшестеренный насос 2, который создает потоки рабочей жидкости, направляемой к золотниковым плунжерам 3. В отсутствие подводимого от электронного усилителя сигнала
жидкость через окна, открытые золотниковыми плунжерами, поступает на слив. Вследствие равенства площадей окон разность давлений в полостях гидроцилиндра 4 равна нулю и поршень 5 вместе со штоком 6 неподвижны. При наличии сигнала в виде напряжения 
на концах обмотки 7 электромеханического преобразователя (ЭМП) происходит поворот качалки 8 по или против часовой стрелки в зависимости от полярности сигнала. Поворот качалки вызывает перемещение золотниковых плунжеров, увеличивающих открытие одного окна и уменьшающих открытие другого. Соответственно давление в одной полости гидроцилиндра уменьшается, а в другой – увеличивается. Под действием силы, созданной разностью давлений в гидроцилиндре, поршень 5 перемещается до тех пор, пока сигнал 
обратной связи от датчика 10 не уменьшит до требуемого значения. Установленные на напорных магистралях насоса, предохранительные клапаны 9 ограничивают наибольшее повышение давления в гидроцилиндре.