Sisteme hidrostatice automate

SISTEME HIDROSTATICE AUTOMATE

Generalitati, clasificare.

Un sistem automat de actionare, realizeaza o corespondenta - dupa o lege prestabilita - dintre o marime independenta aplicata la intrare, denumita marime de comanda si ma­rimea rezultata la iesire, dependenta, denumita marime comandata. Transmiterea energiei de la locul unde se exercita marimea de intrare pana la locul unde se manifesta marimea comandata este unidirectionala (intrare - iesire), iar semnalul care parcurge circuitul poate lua succesiv diferite aspecte fizice.

0 prima clasificare a sistemelor automate, se face in raport cu tipul legaturii dintre elementul sau dispozitivul de automatizare si elementul de executie. Exista astfel sisteme cu circuit deschis si sisteme cu circuit inchis.

Sistemele automate cu circuit deschis, sau de comanda, cuprind in structura generala un

Fig. 1.

traductor de intrare, care genereaza marimea de intrare x, un amplificator, un element de executie, care produce marimea de executie x, si instalatia automatizata, la intrarea careia se exercita marimea de executie x, iar la iesire, se obtine marimea de iesire 2. Daca traductorul de intrare lipseste, marimea de comanda si marimea de intrare coincid.

Schema prezentata in figura 1 pune in evidenta ca­racteristica fundamentala a sistemelor deschisa, aceea a inexistentei controlului asupra dependentei dintre marimea de comanda si cea comandata. Astfel, un sistem deschis, nu est sensibil la eroarea sa.

Sistemele automate in circuit inchis, care se mai numesc sisteme de reglare automata sau servosisteme, contro­leaza in mod permanent, si determina prin structura lor, indeplinirea relatiei de dependenta dorita intre marimea de intrare sl cea de iesire. Legatura directa , de la intrarea la iesirea sistemului, se completeaza cu o legatura inversa de la iesire la intrare, numita cale sau bucla de reactie, iar circuitul inchis este numit uzual bucla de reglare.

Fig. 2

Calea de reactie cuprinde un lant de elemente care trebuie sa realizeze in fiecare moment evaluarea marimii de iesire, compararea ei cu marimea prescrisa si actiunea asupra comenzii.

Controlul prin intermediul caii de reactie, presupu­ne un element functional suplimentar propriu sistemelor de reglare automate: elementul de comparatie. Acesta are evident doua intrari, la care se aplica x_i - marimea de intrare a sistemului - si marimea transmisa prin calea de reactie. Daca aceasta din urma are aceeasi natura fizica cu x_i , cea de-a doua intrare este chiar x_e; daca natura fizica difera, x_e se converteste in prealabil ou an traductor de reactie T_r, in marimea de reactie x_r , ce se compara apoi cu x_i. Rezultatul comparatiei, x_i - x_r = x_a, este semnalul de eroare sau marimea de actionare. Deoarece x_a este in general un semnal de slaba intensitate, el se amplifica, rezultand un semnal de conducere x_c , care se aplica elementului de executie, ce genereaza marine a de executie x_m Aceasta, actioneaza la randul ei asupra obiectului reglat. Prin urmare, datorita legaturii de reactie, sistemul se gaseste intr-o permanenta stare de tranzitie. Aceasta, si faptul ca dependentele marimilor sunt in general ne-liniare, complica mult calculul sistemului de reglare automata. Totodata, starea de tranzitie poate determina instabilitate, de aceea o alta problema specifica , este determinarea conditiilor de stabilitate. In fine, din punct de vedere energetic, majoritatea sistemelor hidrostatice automate realizeaza si o amplificare de putere.

Clasificarea sistemelor de reglare automata ( SRA ) se poate face dupa mai multe criterii. In raport cu sarcina pe care o au de indeplinit , exista:

Sisteme de reglare automata cu consemn fix , cu sarcina de a mentine marimea reglata la o valoare constanta independent de perturbatiile care intervin ; marimea de intrare se numeste, in acest caz, marime de referinta.

Sisteme de reglare cu program, au cu consemn programat, la care marimea de intrare se programeaza continuu sau in trepte.

Sisteme de urmarire, la care legea de variatie a valorilor parametrului reglat nu aste impusa dinainte, el trebuind sa urmareasca continuu variatia unei alte marimi (exemplu, sistemele de copiere hidraulica ).

Sisteme autoadaptive, ce mentin un regim do functionare optim ales si prestabilit (de exemplu, functionare la randament maxim, efort minim etc. ), tinand seama si de caracteristici momentane ale factorilor exteriori si actiunea lor perturbatoare.

In raport cu tipul actiunii de comanda exercitate, sistemele automate pot fi:

Sisteme continue, la care o variatie continua a marimii de intrare, corespunde o variatie de asemeni continua a tuturor marimilor mecanice sau de alta natura din toate elementele sistemului si deci, in final, o variatie continua a marimii de iesire.

Fig. 3

Sisteme discontinue, la care variatia continua a marimii de intrare, are drept corespondent o variatie discontinua a marimii de iesire; pentru aceasta este suficient ca un element din lantul transmisiei informatiei sa aiba o actiune discontinua. In figura 3 se prezinta variatia marimii de iesire in timp, in cazul sistemelor continue si discontinue.

Luand drept criteriu caracterul liniar sau ne-liniar al ecuatiilor diferentiale ce descriu functionarea lor, sistemele automate se clasifica in liniare si ne-liniare.

In general, marea majoritate a sistemelor automate (cu atat mai mult cele hidrostatice) sunt ne-liniare, iar studiul lor, in acest caz integrarea ecuatiilor diferentiale ne-liniare, este extrem de dificila si se realizeaza prin operatii succesive foarte laborioase.

In practica curenta, sistemele se studiaza in ipoteza ca sunt liniare ( liniarizate pe portiuni), iar ecuatiile diferentiale ce le caracterizeaza sunt liniare, cu coeficienti constanti, determinati direct de parametrii intrinseci ai elementelor sistemului (care se considera invariabili in timp).

2. Schema functionala a sistemului automat

Reprezentarea structurii functionale ofera o imagine fizica asupra sistemului sau a posibilitatilor de realizare fizica, respectiv a posibilitatilor da obtinere a functionalitatii dorite. Schema functionala ofera proiectantului o cale directa in stabilirea legaturilor hidraulice, mecanice, precum si a relatiilor matematice corespunzatoare, aceste operatii putand constitui o prima etapa a analizei.

In figura 4 se prezinta, pentru exemplificare, schema functionala a celui mal simplu sistem de urmarire, format din cilindrul mobil , care face corp comun cu distribuitorul Pe tija sertarasului se aplica semnalul de intrare x_i reprezentat spre exemplu printr-o deplasare mecanica in sus; prin aceasta, pompa la presiunea p₁ = ct., alimenteaza compartimentul A al motorului liniar,

3 Scheme bloc a sistemului automat

O schema bloc, este o reprezentare grafica redusa a relatiei dintre marimea de intrara si aceea de iesire din sistam, constand dintr-o configuratie specifica a patru tipuri de elemente grafice: blocuri, puncte de insumare (ramificatii ) si sageti reprezentand circulatia semnalului.

Fig. 5

Intr-o schema bloc, marimile variabile in timp real se noteaza cu litere mici, de exemplu, x=x(t), in timp ce variabilele in domeniul imaginar ( obtinute prin transformarea Laplace), se noteaza cu litere mari, de exemplu X = X(t). In figura 5, se prezinta configuratia de baza a unui sistem de reglare automata in domeniul timp real, iar in figura 6, corespondentul acestei scheme in domeniul imaginar (avand toate marimile notate in transformata Laplace abreviata).

Fig. 6

Marimile G₁ , G₂ si E sunt functiile de transfer ale componentelor sistemului :G = M/E, G₂ = C/M si H = B/C.