Общие характеристики исполнительных устройств

 

Исполнительным устройством (ИУ) называется устройство системы автоматического управления, воздействующее на объект управления в соответствии с сигналом, получаемым от управляющего устройства – непосредственно или через усилитель мощности [напомнить структуру САУ].

Как правило, воздействие на объект управления связано с механическим перемещением (электромагнитный клапан, тяга золотника гидроусилителя, руль судна). Тогда часть ИУ, непосредственно осуществляющая механическое перемещение (или поворот) регулирующего органа объекта управления, называется исполнительным механизмом (ИМ). По типу привода различают гидравлический, пневматический, электромеханический (электродвигательный или электромагнитный) и комбинированный ИМ (например, электрогидравлический). ИУ может и не содержать ИМ (например, нагреватель печи).

Вообще вопрос, какую часть САУ отнести к ИУ, решается в контексте конкретной системы [например, САУ управляет рулем или курсом судна].

Таким образом, с помощью исполнительного устройства (исполнительного механизма) и регулирующего органа производится необходимое изменение управляемой величины объекта в соответствии с задачей управления объектом.

По принципу работы и технической реализации различаются ИУ пропорционального и позиционного действия.

ИУ пропорционального действия получают аналоговый входной сигнал и обеспечивают установку регулирующего органа объекта в любое промежуточное положение в пределах определенного диапазона согласно входному сигналу (или интегралу от него).

ИУ пропорционального действия, применяемые в судовых САУ, как правило, содержат исполнительный двигатель (ИД) постоянного или переменного тока, и кинематическое устройство, которое преобразует частоту вращения вала ИД в необходимую скорость (или усилие) вращательного или поступательного перемещения выходного вала, воздействующего на перемещение регулирующего органа объекта управления.

Кинематическое устройство может содержать также:

– электромагнитную муфту;

– электромагнитный тормоз:

– механические элементы для возврата ИМ в исходное нейтральное положение;

– механический указатель положения вала ИМ;

– средства для ручного привода выходного вала в аварийных ситуациях;

– конечные выключатели для отключения ИД при достижении предельных положений ИМ (если это необходимо);

– датчики обратных связей: по положению выходного вала ИМ, по частоте вращения и другим параметрам ИД, сигналы которых могут использоваться в контуре управления САУ или в замкнутом контуре управления самим ИМ.

ИМ пропорционального действия с вращательным движением выходного вала могут быть однооборотными и многооборотными. Однооборотные ИМ, у которых угол поворота вала ограничен пределами одного оборота, характеризуются значением крутящего момента на выходном валу и временем его полного оборота (или частотой вращения). В отличие от однооборотных, многооборотные ИМ характеризуются также и полным диапазоном числа оборотов выходного вала. ИМ с поступательным перемещением выходного вала (штока) оцениваются усилием на штоке, диапазоном полного хода штока и временем его перемещения в пределах полного хода (или скоростью отработки).

ИУ (ИМ) позиционного действия предназначены для привода регулирующего органа, который в пределах заданного диапазона управляющего воздействия имеет несколько фиксированных состояний (позиций), чаще всего – две или три (вкл. – выкл.; вкл. вперед – вкл. назад; вкл. вперед – выкл. – вкл. назад). ИМ такого типа, содержат в качестве исполнительного элемента приводной электромагнит (или электромагниты) постоянного или переменного тока с кинематическим устройством возврата подвижной части в исходное положение при обесточивании катушки электромагнита. В ряде случаев устройство возврата отсутствует, например, в двухходовых электромагнитных клапанах, в которых имеются два приводных электромагнита. При подаче питания на электромагнит открывания происходит открытие клапана, причем после снятия питания клапан остается в открытом состоянии. Подача питания на электромагнит закрывания приводит к закрытию клапана и после снятия питания клапан остается в закрытом состоянии. Примерами двух- и трехпозиционных ИМ в судовой автоматике являются: электромагнитные клапаны (одноходовые и двухходовые), электромагнитные реле и контакторы. ИУ (ИМ) позиционного действия обычно не имеют датчиков положения (состояния) для реализации обратной связи в схеме управления ИМ, но часто оснащаются конечными выключателями для контроля отработки команды.

В некоторых новых цифровых системах управления применяются многопозиционные ИУ (ИМ) на базе шаговых электродвигателей с импульсным управлением. Шаговый двигатель позволяет преобразовать сигнал управления объектом, поступающий на ИМ в виде последовательности импульсов, в фиксированное угловое или линейное перемещение выходного вала ИМ, которым в заданное положение устанавливается регулирующий орган объекта. При этом в большинстве случаев отсутствует необходимость применения в САУ отрицательной обратной связи по выходной управляемой величине, т.е. система управления представляет собой однонаправленный разомкнутый контур.

Электромагнитные устройства

5. 2.1. Основные определения и характеристики

Электромагниты (ЭМ) представляют собой устройства, создающие в некоторой части пространства магнитное поле при протекании по обмоткам электрического тока. Используя свойства магнитного поля, можно при помощи ЭМ произвести преобразование электрической мощности в механическую. В основе такого преобразования лежит эффект возникновения сил взаимодействия ферромагнитных тел с магнитным полем.

Электромагнитная система представляет совокупность ЭМ и перемещаемой им механической нагрузки. Такой нагрузкой могут быть контакты (в электромагнитных реле), золотниковое устройство, клапаны и задвижки вместе с соответствующими возвратными пружинами и т.п. Широкое распространение получили электромагнитные устройства, снабженные контактной системой – электромагнитные реле и контакторы.

Электромагнитные элементы могут быть аналогового (непрерывного) и дискретного действия. В аналоговых ЭМ величина перемещения зависит от тока ЭМ;. например, меняя ток, можно плавно перемещать золотник гидронасоса и тем самым управлять скоростью перемещения гидроцилиндров. Однако в основном используются двухпозиционные ЭМ дискретного действия: «Вкл. – выкл.». Это в первую очередь электромагнитные реле и контакторы.

Классификация ЭМ

В зависимости от способа создания магнитного потока ЭМ разделяются на три группы:

– нейтральные ЭМ постоянного тока (направление перемещения не зависит от полярности тока);

– поляризованные ЭМ постоянного тока (направление определяется полярностью);

– ЭМ переменного тока.

По характеру движения подвижной части магнитной системы – якоря – различают системы с угловым перемещением якоря (поворотные) и с линейным перемещением якоря (втяжные).

ЭМ различаются также по форме магнитной цепи, по числу обмоток, по расположению обмоток (обмотки неподвижны или расположены на якоре).