Тема: Следящая пневматическая система

Пневматические системы широко используются во многих технических устройствах и аппаратах: в паровоздушных молотах и воздушных выключателях высокого напряжения, системы надува и кондиционирования в авиационной и ракетно - космической технике. Пневматические приводы получили широкое применение при автоматизации производственных процессов в аэрокосмической и автомобильной промышленности, в общем машиностроении и станкостроении, в транспортном и полиграфическом машиностроении, в литейном и кузнечном производстве, работающих в агрессивных средах, в условиях пожаро - и взрывоопасности, радиации, а также при значительной вибрации и высоких температурах, в нефтяной, газовой, химической промышленности, в горном деле, в строительстве, в медицинских приборах (для искусственного дыхания, кровообращения, инъекций и т.д.) [24].
Пневматические клапаны с пропорциональным управлением являются наиболее универсальными с точки зрения возможностей автоматизации управления сложными технологическими объектами, поскольку позволяют в соответствующий аналоговый электрический сигнал преобразовать и перемещение, и давление (а также другие физические величины). Кроме того, применение клапанов давления с пропорциональным управлением позволяет осуществлять программное управление уровнем давления в пневматической системе с помощью промышленных логических контроллеров [24].
Так же широко распространены пневматические пропорциональные распределители, в которых пропорционально регулируется расход сжатого воздуха с целью управления скоростями движения выходных звеньев исполнительных механизмов. К примеру, чем больше расход воздуха, поступающего в пневмоцилиндр, тем выше скорость перемещения штока.
Однако пропорциональное регулирования расхода аппаратуры не ограничивается пропорциональными пневматическими распределителями. Другой способ регулирования расхода — это использование импульсных систем.
Системы управления на базе импульсных реактивных двигателей известны и используются в ракетной и космической технике уже достаточно давно, однако, в настоящее время появляются реактивные двигатели малой и сверхмалой тяги, позволяющие их эксплуатировать в режиме многократного включения/выключения [25]. Данные двигатели могут быть использованы на беспилотных летательных аппаратах на базе планеров. При этом, изучение, проектирование и экспериментальная отработка систем управления такими двигателями является достаточно затратной. В данной работе предложен альтернативный путь решения задачи изучения и проектирования системы управления реактивным двигателем, работающим в импульсном режиме. Моделирование воздействия от двигателя на объект управления предложено осуществлять на базе импульсной пневматической системы с высоким быстродействием и численным управлением от промышленного контроллера.
Одной из ключевых особенностей импульсного реактивного двигателя является практически постоянная скорость истечения газа из сопла, что обеспечивает пропорциональность времени включения и импульса тяги, создаваемого двигателем. Данное свойство может быть смоделировано на истечении сжатого воздуха через сопло с тонкой стенкой при закритическом перепаде давления на ней.
Второй особенностью импульсных реактивных двигателей является малое время включения двигателя (несколько десятых долей секунды), что затрудняло их моделирование на элементной базе промышленной пневмоавтоматики, однако, появление быстродействующих пневматических распределителей со временем переключения 2-5 миллисекунд полностью решило данную проблему [26].
Системы управления на базе импульсных реактивных двигателей предназначены для поддержания или изменения по определенному заданному закону одного из параметров: скорости или координаты (например, высоты полета) при воздействии на объект различных возмущающих воздействий. Поскольку пневматическое питание системы требует наличия источника сжатого воздуха, то в работе рассмотрена система стабилизации координаты, а именно, поддержания равновесия перевернутого маятника за счет двух разнонаправленных сопел. Возмущающим воздействием в данном случае является сила тяжести.
Купить

В условиях возрастающих требований к технике по повышение качества переходного процесса и энергоэффективность и к пневматическим приводам в частности, является перспективным направлением решения актуальной научнотехнической проблемы повышения точности и быстродействия привода.
Настоящей выпускной квалификационной работой рассмотрен комплекс технических задач по проектированию пневматического привода с цифровым обеспечением. Были решены следующие задачи:
- Анализ текущего уровня развития пропорциональной пневматики
- Анализ текущей системы стабилизации. Приведены характеристики исполнительных и управляющих органов системы стабилизации.
- На основе полученных данных составлена математическая модель и проведена математическая модуляция системы в программном пакете Vissim.
- Исходя из математической модели написана программа для промышленного контроллера Siemens S7-1200 на языке ladel diagram (LD) для управления системой стабилизации.
- Проанализирован полученный переходный процесс. Даны предположения по причинам колебаний в системе. Так же даны рекомендации по улучшению системы.

Купить