1. Базовые элементы пневматических систем

Под пневмосистемой будем понимать пневмопривод или пневматическую систему управления объемного типа, в которых форма элементов конструкции остается неизменной. Особый тип пневмосистем представляют пневмоустройства типа гибких цилиндров с изменяемой конфигурацией (пневмомускулы, шланг–привод и др.), а также лопастные устройства (турбины).

Систематизируем элементы пневмосистемы и найдем общий подход к составлению их математических моделей. Для этого выясним, какие общие элементы присутствуют в разных пневматических устройствах. Изобразим составляющие элементы на следующей схеме.

Любая пневматическая система включает в себя следующие возможные составляющие.

1. Силовые пневмодвигатели (поршневые, мембранные) – линейные, неполноповоротные, пневмомоторы.

2. Регулирующая, направляющая и логическая пневмоаппаратура (пневмораспределители, ПК («И», «ИЛИ»), регуляторы давления и др.).

3. Коммуникационные принадлежности (трубопроводы, штуцера и др.).

Все эти три составляющие, в конечном счете, как видно на рис. 1.1, содержат всего два базовых элемента, являющиеся общими для всех с точки зрения моделирования происходящих в них процессов. К ним относятся:

1) пневматические элементы постоянного объема типа линий связи (ЛС), которые включают в себя трубопроводы, рабочие полости (камеры), каналы в конструкциях пневмоаппаратуры,

2) пневматические элементы переменного объема типа пневматических исполнительных механизмов (ПИМ), включающие силовые приводы, приводные механизмы в конструкциях пневмоаппаратуры, подвижные узлы в пневматических датчиках и т.п.

Таким образом, как видно из схемы, представленной на рис.1.1, в общем случае расчет динамики пневмосистем сводится к расчету динамики линий связи и пневматических исполнительных механизмов.

2. Особенности моделирования пневматических приводов

Математическая модель пневматического привода будет зависеть от математических моделей составляющих его элементов, т.е. от того, каким образом математически описаны пневматические линии связи и пневматические исполнительные механизмы. Для выбора математической модели привода необходимо выяснить, к какому типу он относится.

2.1. Классификация пневмоприводов

По методам расчета пневмоприводы можно разделить на 3 типа /3/.

1 тип. Типовые пневмоприводы, в которых динамика линий связи и волновые процессы в полостях пневмоприводов практически не влияют на его работу.

2 тип. Малообъемные пневмоприводы (пневмомоторы, короткоходовые пневмоцилиндры и т.п.).

В таких пневмоприводах объем рабочих полостей может быть соизмерим или меньше объемов подключенных к ним трубопроводов. В результате линия оказывает существенное влияние на динамику пневмопривода. Поэтому при составлении математических моделей таких пневмоприводов требуется учитывать математическую модель линий связи.

3 тип. Сложные пневмоприводы (следящие и позиционные).

При построении следящих пневмоприводов при переключении пневмоклапанов с большой частотой вследствие упругости газа в полости пневмоцилиндра могут возникать резонансные колебания газа, которые приводят к ударным нагрузкам и колебаниям исполнительных органов. Так, например, значения резонансных частот для пневмоцилиндров длиной полостей 0,5 м и 1 м составляют соответственно около 170 Гц и 85 Гц, т. е. меньше частоты срабатывания современных пневмоклапанов.