7. Задающие устройства

Всякая система стабилизации, программного управления или регулирования имеет задающее устройство, т.е. элемент, задающий требуемое в данный момент времени значение регулируемого па­раметра. Для стабилизирующих систем это уставка постоянная величина (например, яркость экрана дисплея устанавливается положением регулятора яркости). Должна быть предусмотрена возможность изменения уставки в ответ на изменения в регулируемом объекте или условиях его эксплуатации.

В схемах программного регулирования роль задатчика выполняет устройство, передающее в систему заданный закон изменения управляемого параметра по времени. Например, в станках с копировальной системой (см. рис. 56) перемещение суппорта вызывает перемещение щупа вдоль копира. Копир имеет переменную высоту, задающую требуемый вертикальный профиль. Тогда перемещение щупа вдоль копира будет сопровождаться его вертикальным перемещением по заданному закону. Следящий гидро­привод передаст перемещение щупа инструменту, который воспроизведет требуемый профиль в детали.

В простейших системах числового управления программа содержится на перфоленте в виде последовательности кодов требуемых значений параметра. В нужный момент устройство ввода счи­тывает с перфоленты код очередного значения параметра и передает его устройству ЧПУ, которое и выступает в роли задатчика.

В системах управления, построенных на микропроцессорах, программа вводится в оперативную память микро-ЭВМ в табличной форме (задается последовательность значений параметра, следующих через равные интервалы времени, и длина этого интервала), или в аналитической форме (задается формула расчета значения параметра как функция времени, координат или других параметров). В процессе работы в определенные моменты времени ЭВМ рассчитывает заданное значение параметра, определяет показания датчика и сравнивает результат измерения с требуемым значением.

8. Исполнительные устройства

Исполнительные устройства осуществляют преобразование сигнала, усиленного усилителем мощности, в форму, удобную для воздействия на рабочий орган системы (обычно в перемещение или силу). Исполнительное устройство является конечным каскадом, последним элементом в системе управления, воздействующим непосредственно или через согласующий орган на регулирующий элемент системы, осуществляющий изменение режима функционирования управляемого объекта. Например, шаговый электродвигатель (исполнительное устройство) через редуктор коробки подач (согласующий орган) задает перемещение суппорта станка с закрепленным на нем инструментом (регулирующего элемента, рабочего органа).

По своим динамическим характеристикам исполнительные устройства обычно являются интегрирующими или инерционными звеньями. Например, система позиционирования рабочего органа по показаниям датчика текущего положения рабочего органа X и по его требуемому положению Х_зад определяет требуемое перемещение ΔХ = Хзад — X, которое через цепь преобразователей поступает на исполнительное устройство, например в виде скорости вращения вала электродвигателя и скорости перемещения рабочего органа v, в результате чего меняются его координаты ΔХ = νΔt.

При закреплении инструмента на исполнительное устройство подается управляющий сигнал, уровень которого определяет силу зажима. Например, в пневмоприводе в полость рабочего цилиндра подается сжатый газ, давление которого Р (управляющий сигнал) совместно с площадью поршня S определит силу зажима F = PS, т. е. в первом приближении пневмоцилиндр можно считать пропорциональным звеном, а если учесть инерционность пнев- мосистемы за счет конечной скорости течения газа — инерционным звеном. Электродвигатель в силу механической инерции ротора также изменяет скорость вращения постепенно в ответ на скачкообразное изменение напряжения питания.

Исполнительные устройства в зависимости от характера движения выходного элемента подразделяются на три вида:

с линейным движением;

поворотным движением (угол поворота меньше 360°);

вращательным движением (угол поворота больше 360°).

Исполнительные устройства, как и другие элементы систем управления, в зависимости от вида используемой энергии делятся на электрические, гидравлические и пневматические.

К электрическим исполнительным устройствам относятся электродвигатели, электромагнитные муфты, электромагниты (поворотные и втяжные), электромагнитные реле, электромагнитные контакторы и другие устройства, преобразующие электроэнергию в энергию механического движения. Электрические устройства, несмотря на известные преимущества, обладают рядом недостатков, среди которых основными являются часто недостаточные мощность и быстродействие.

Гидравлические и пневматические исполнительные устройства по сравнению с электрическими имеют более высокую мощность (примерно на порядок), обладают быстродействием и надежностью, просты конструктивно, устойчивы к вибрациям и ударам, позволяют плавно менять выходные параметры в широком диапазоне.

В табл. 8 приведены ориентировочные сравнительные характеристики исполнительных устройств разного типа.

Таблица 8

Тип двигателя	Диапазон регулирова­ния скорости	Максималь­ная частота вращения, об/мин	Выходная мощность, кВт	кпд, %
Электрический: постоянного тока переменного тока	1:5 1:20	10000 6000	0,01...1000 0,1...100	20...85 15...40
Гидравлический: с силовым цилиндром аксиальный	1:400 1:500	20000 20000	1...100 1...100	50...80 50...80
Пневматический: с силовым цилиндром аксиальный	1:500 1:1000	50000 50000	0,1...10 0,1...10	40...70 40...70

При выборе исполнительного устройства сила или момент, развиваемые устройством, должны быть заведомо большими, чем сила или момент, требуемые для перемещения рабочего органа на всех режимах его работы, а быстродействие должно быть достаточным.