Характеристики объектов регулирования

 

Моментные характеристики

 

Задача электропривода сводится к перемещению нагрузки в соответствии с подаваемым на вход привода управляющим воздействием. Передача движения нагрузке от исполнительного механизма осуществляется с помощью механической передачи. В маломощных следящих системах ее роль выполняют редуктор, и в большинстве случаев можно считать, что его валы и зубчатые колеса имеют бесконечно большую жесткость.

Силы и моменты, возникающие в редукторе, действуют совместно с силами и моментами, возникающими в нагрузке. Эти силы и моменты носят, как правило, нелинейный характер, и рассредоточены по системе, т.е. действуют в разных местах. В большинстве случаев все силы и моменты могут быть приведены к выходному валу привода, т.е. заменены эквивалентными.

В связи с этим при анализе и синтезе электроприводов, а также при опреде­лении их энергетических параметров представляется целесообраз­ным выделять механическую передачу и нагрузку в один элемент – в объект регулирования, понимая под ним совокупность нагрузки и механической передачи.

Зависимость между приведенными к валу двигателя скоростью и моментом сопротивления механизмов  называют механической характери­стикой механизма.

Моменты сопротивления, действующие на объект регулирования, могут быть разделены на отдельные группы:

– к первой группе можно отнести дина­мические моменты, величина которых пропорциональна ускоре­нию и моментам инерции движущихся масс:

 

;

 

– ко второй группе относятся моменты сопротивления, действие которых всегда на­правлено против скорости движения объекта регулирования. Сюда могут быть отнесены моменты сухого и вязкого трений:

 

, ;

 

 

– к третьей группе отнесем моменты, направление действия которых зависит от координат объекта регулирования.

 

Механическую характеристику нагрузки можно представить следующей формулой:

,        (5.1)

где  – момент сопротивления механизма при скорости ;  – статический момент;  – момент сопротивления при номинальной скорости ; ,  – показатели степеней.

 

 

Рис. 5.1. Механические характеристики механизмов

 

В соответствии с ней механические характеристики можно классифицировать по следующим категориям:

1. Не зависящая от скорости механическая характеристика (прямая 1). При этом и момент сопротивления  не зависит от скорости:

 

;

 

2. Линейно-возрастающая характеристика (прямая 2). В этом случае  и момент сопротивления линейно зависит от скорости :

 

;

 

3. Нелинейно-возрастающая (параболическая) механическая характеристика (кривая 3). Этой характеристике соответствует . Момент сопротивления  здесь зависит от квадрата угловой скорости. Механизмы, обладающие такой характеристикой, назы­вают иногда механизмами с вентиляторным моментом:

 

;

 

4. Нелинейно-спадающая механическая характеристика (кривая 4). При этом , момент сопротивления  изменяется обратно пропорционально скорости:

 

;

 

5. Линейно зависящая от угла поворота вала.

В этом случае . Такой момент сопротивления называют шарнирным:

 

;

 

К шарнирному относится момент, вызванный ветровыми нагрузками. Он зависит от парусности объекта регулирования, расстояния центра давления до оси качания, угла поворота, и скорости ветра, с учетом собственного движения объекта. Суммарный момент от ветрового потока равен

,

где  – скоростной напор,  – коэффициент аэродинамической силы,  – плотность воздуха,  – скорость ветра,  – случайная составляющая, обусловленная порывами,  – коэффициент пульсации ветра,  – коэффициент потокосцепления,  – площадь объекта,  – расстояние от центра давления до оси качания.

Произведение  может быть заменено коэффициентом аэродинамического момента .