Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Аналитический обзор математических моделей дискретных пневмоприводов технологических машин. Постановка задач исследования 9
1.1 Классификация математических моделей дискретных приводов. Требования к моделям приводов 9
1.2 Динамические (непрерывные) модели дискретных пневматических привод технологических машин 12
1.3 Информационные (логические) модели устройств управления приводов 15
1.4 Выводы по первой главе и постановка задач исследования 33
ГЛАВА II. Дискретные пневматические двигатели технологических машин как логические устройства. Энергосбережение 37
2.1 Задачи исследования 37
2.2 Дискретные пневматические двигатели как простейшие конечные автоматы 44
2.2.1 Дискретные двигатели как простейшие конечные автоматы с идеализированными элементами 44
2.2.2 Дискретные двигатели как простейшие конечные инерционные (асинхронные) автоматы 47
2.3 Дискретные пневматические двигатели как логические элементы с «плавающими» логическими функциями. Зоны «самохода» (энергосбережения) пневмоприводов . 52
2.4 Выводы по второй главе 59
Глава III. Структурные информационные логические схемы (модели) дискретных пневмоприводов 60
3.1 Структурные логические схемы распределителей 60
3.2 Задержки дискретных пневмодвигателей и элементов систем управления 62
3.3 Структурные логические схемы пневматических двигателей и распределителей 69
3.4 Структурные логические схемы (модели) пневмоприводов (двигатель - распределители) при типовых и энергосберегающих режимах работы 75
3.4.1 Алгоритм управления пневмоприводом при энергосберегающих режимах «самохода» 80
3.5 О перспективах использования логических моделей приводов 80
3.6 Выводы по третьей главе 83
Глава IV. Дискретные пневмоприводы технологических машин как логико-динамические устройства 84
4.1 Конечно-непрерывный автомат (КНА) 84
4.1.1 Общие черты и различия моделей дискретных пневмодвигателей и дискретных систем управления двигателями 88
4.1.2 Понятие и определение «конечно-непрерывный автомат» . 90
4.2. Обобщенные функции логико-динамических устройств (моделей) 93
4.2.1 Задержки дискретных приводов и производительность машин-автоматов 96
4.3 Минимизация алгоритмов (программ) моделирования 98
4.3.1 Экономичность логико-динамических моделей 99
4.3.2 К вопросу о точности и задачах экспериментального исследования логико-динамических моделей (ЛДМ) дискретных приводов. Результаты эксперимента ЛДМ 113
4.4. Структурные схемы дискретных приводов технологических машин 116
4.5- Рекомендации по применению логико-динамических моделей (ЛДМ) 123
4.6 Выводы по четвертой главе 126
Глава V. Машинные и экспериментальные исследования динамики дискретного пневматического привода при энергосберегающих режимах «самохода» 129
5.1 Исследование математической модели дискретного пневматического привода в энергосберегающих режимах «самохода» 129
5.1.1 Математическая модель дискретного пневмопривода при режимах «самохода» 129
5.1.2 Результаты машинного моделирования пнвмопривода при «самоходе» 131
5.2 Экспериментальные исследования динамики дискретного пневматического привода при энергосберегающих режимах «самохода» . 143
5.3 Выводы по пятой главе 154
Основные результаты и выводы по работе 155
Библиографический список 158
- Динамические (непрерывные) модели дискретных пневматических привод технологических машин
- Дискретные двигатели как простейшие конечные автоматы с идеализированными элементами
- Структурные логические схемы (модели) пневмоприводов (двигатель - распределители) при типовых и энергосберегающих режимах работы
- К вопросу о точности и задачах экспериментального исследования логико-динамических моделей (ЛДМ) дискретных приводов. Результаты эксперимента ЛДМ
Введение к работе
Актуальность работы. Дискретные пневматические приводы получили широкое распространенные в технологических машинах (станках, манипуляторах, промышленных роботах, приспособлениях и т.д.). Это объясняется тем, что они обладают простотой, компактностью, высокой надежностью и точностью, взрыво- и пожаробезопасностью.
Основными составляющими частями пнемоприводов являются двигатели и дискретные системы управления (логических управляющих устройств, ЭВМ). Двигатели как преобразователи пневматической энергии в механическую проектируются, исследуются и управляются основываясь на теории динамических систем (дифференциальных, интегральных уравнений и др.), а устройства управления - на базе теории конечных автоматов (функций алгебры логики). Все эти устройства технологических машин по целям функционирования систем (изготовление продукции - полуфабрикатов, заготовок и т.д.) и замкнутым обменом информации (управление - обратная связь по результатам управления) являются единым целым, но описываются разнородными математическими моделями, которые разрабатываются и исследуются отдельно. Это приводит при проектировании, исследовании и эксплуатации приводов к значительным потерям времени и средств.
Практика показывает, что при разработке приводов доля затрат на стендовые и (или) натурные экспериментально-доводочные испытания составляет порядка 30-50% от общих затрат при создании приводов. В то же время затраты на собственно проектирование конструкций составляют около 10% от общей стоимости разработки. Значительной экономии расходов и времени можно добиться за счет уменьшения необходимого объема и стоимости доводочных работ и натурных испытаний путем перемещения определенного объема их из области экспериментальных работ в область теоретических исследований (моделирования) на ЭВМ. Однако препятствием здесь также является разнородность математических моделей двигателей и устройств их управления. «Несовместимость» этих моделей была до настоящего времени не преодолена.
К недостаткам известных математических моделей и алгоритмов относится их малая экономичность при их моделировании на ЭВМ, что приводит, в итоге, к существенным затратам машинного времени в диалоговом режиме «Разработчик - ЭВМ», и то, что они не учитывают (не адекватны) важные функциональные свойства двигателей приводов. В этой связи представляется актуальной задача разработки обобщенных математических моделей, единообразно описывающих как двигатели, так и устройства управления, что создаст основу для эффективного исследования на ЭВМ свойств дискретных приводов. Учитывая это, в основу моделей должен быть положен информационный подход, учитывающий динамику, которая является одним из основных показателей производительности технологических машин.
Широкое распространение в промышленности получают промышленные роботы, функционирующие в полярной или сферической системе координат, двигатели приводов которых в процессе их работы изменяют свою пространственную ориентацию в широком диапазоне, вплоть до 360 в вертикальной плоскости. Функциональные и энергосберегающие возможности приводов этого типа машин в настоящее время исследованы недостаточно. Постоянный рост стоимости энергоносителей обуславливает особую актуальность поиска путей энергосбережения в приводах технологических машин. Одним из перспективных путей энергосбережения в приводах с широким диапазоном изменения углового положения двигателей в пространстве является использование сил гравитации (тяжести) масс, которые широко используются для энергосбережения в пневматических подъемниках со стационарно (вертикально) установленными двигателями. В этом же случае возникает ряд вопросов (пространственные зоны, модели, динамика, алгоритмы управления, задержки и др.), требующих специального исследования.
Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является повышение энергоэффективности и сокращение сроков проектирования дискретных пневматических приводов технологических машин. Для достижения указанной цели необходимой решить следующие основные задачи:
Разработать алгоритмы управления, позволяющие реализовать энергосберегающие режимы работы дискретных пневматических приводов.
Выявить пространственные зоны ориентации дискретных двигателей, в которых возможно использовать гравитацию (силы тяжести) в режимах «самохода» выходных звеньев двигателей для энергосбережения в приводах.
Исследовать с позиции теории информации свойства дискретных пневматических двигателей и разработать модели, отражающие эти свойства.
Разработать обобщенные модели дискретных пневматических приводов, учитывающие в совокупности как логические, так и динамические свойства приводов, ориентированные на использование ЭВМ на стадии проектирования.
Разработать алгоритмы, позволяющие, на базе обобщенных функций, осуществлять сокращение времени моделирования на ЭВМ в процессе проектирования приводов.
Разработать критерии минимизации алгоритмов моделирования управляющих функций приводов на ЭВМ.
Разработать экспериментальную установку и провести машинные и натурные испытания пневмопривода для подтверждения возможности реализации энергосберегающих режимов работы пневматических приводов.
Научная новизна работы состоит в:
Выявлении двух пространственных зон ориентации двигателей, в которых возможно использовать гравитацию для энергосбережения пневмо-
приводов, их взаимосвязи с логическими функциями двигателей, весом перемещаемых масс и алгоритмами управления.
Алгоритмах управления, позволяющих реализовать как типовые, так и энергосберегающие режимы работы дискретных пневмоприводов.
Моделях, учитывающих информационные свойства дискретных пневматических типовых (двухкамерных) двигателей, в соответствии с которыми двигатели в зависимости от их пространственной ориентации могут реализовать логические функции Повторение (Да), Отрицание (НЕ) и функцию «Память».
В формировании обобщенной логической функции, описывающей пневмопривод с единых позиций на основе критерия минимизации однотипных переменных.
Практическая значимость работы заключается: > В применении математических моделей дискретных пневматических приводов и алгоритмов моделирования, которые позволяют:
сократить сроки и стоимость проектирования приводов и потребление энергии;
выявить на стадии моделирования влияние динамических и конструктивных параметров приводов на производительность технологического оборудования;
выполнять проектирование и расчет дискретных пневмоприводов, определять динамические характеристики;
- осуществлять комплексное автоматизированное проектирование на
ЭВМ от задания исходных данных динамической и логической частей при
вода до получения выходных данных в виде логических и временных желае
мых параметров всей системы приводов с дискретным управлением.
>- Предложены рекомендации по применению разработанных моделей.
Методы исследования. Методы исследования работы используют развитые теории конечных автоматов, систем приводов, дифференциальных уравнений, математического моделирования. При исследовании процессов дискретных пневмоприводов использовалось компьютерное моделирование и экспериментальные исследования.
Реализация результатов. Результаты работы используются:
Владимирским государственным университетом в учебном процессе при прохождении студентами лабораторного практикума и при чтении курса «Гидравлика»;
ОАО «Монди Сыктывкарский Лесоперерабатывающий комбинат».
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
логические функции управления дискретными пневматическими приводами в энергосберегающих режимах;
результаты научно-исследовательских испытаний опытного образца дискретного пневмопривода в энергосберегающих режимах;
структурные логические схемы и логические функции, отражающие установленные новые функциональные и преобразующие свойства дискретных пневматических двигателей, изменяющих свое пространственное положение;
обобщенные функции (модели) дискретных пневматических приводов;
структурная блок-схема дискретных пневмоприводов;
критерии минимизированного моделирования логических функций дискретных приводов на ЭВМ;
алгоритмы «сквозного» (комплексного) моделирования дискретных пневматических приводов на ЭВМ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ, в том числе две из статей в издании, реферируемом ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и приложений. Общий объем 170 страниц машинописного текста, включая 67 рисунков. Список использованной литературы содержит 77 наименований. Приложение состоит из 3 страниц, содержит два акта внедрения результатов работы, алгоритм-программу.
Динамические (непрерывные) модели дискретных пневматических привод технологических машин
Математические модели служат средством, помогающим в объяснении, понимании или совершенствования описываемого устройства (системы). Они используются при прогнозировании поведения моделируемых объектов, при управлении объектами, на них выполняются в процессе моделирования контролируемые эксперименты вместо физических экспериментов, что значительно сокращает время на отладку приводов (систем).
При использовании математических моделей решается одна из двух задач - определение необходимых параметров технического объекта и выявления желательной его структуры - либо совокупности этих задач [42].
Модели вскрывают важные причинно-следственные связи исследуемого объекта. На этапе моделирования важное значение приобретает использование математических моделей в качестве инструмента для анализа, синтеза и оптимизации поведения моделируемых объектов.
Математическое моделирование включает следующие этапы: создание математического описания процесса; создание алгоритма, моделирующего изучаемый процесс; проверка адекватности модели к изучаемому процессу; использование модели. Математические модели подразделяются на имитационные и аналитические [23,70].
При использовании аналитических моделей процессы функционирования элементов сложной системы записываются в виде некоторых функциональных соотношений (алгебраических, интегро-дифференциальных, конечно-разностных и т.п.) или логических условий (функций). При использовании имитационных моделей, в отличие от аналитических, в ЭВМ воспроизводиться текущее функционирование (процесс) технической системы в некотором масштабе времени. При этом требуется воспроизводить входные воздействия в виде набора чисел-реализаций процессов (а не числовых характеристик, как при аналитическом моделировании).
Если при аналитическом моделировании обеспечивается подобие характеристик объекта и модели, то при имитационном подобие имеется в самих процессах, протекающих в модели и реальном объекте. Недостатком имитационных моделей является то, что они являются пассивными моделями, для которых не требуется поиска управления, наилучшего с точки зрения некоторого критерия [46]. Для оценки и сравнения схем моделирования между собой и для реализации качественного математического моделирования объектов на ЭВМ к математическим моделям предъявляются три главных требования: точность, экономичность и универсальность [38]. Точность (адекватность) модели определяется степенью совпадения предсказанных с ее помощью значений параметров объекта с истинными значениями этих параметров. Экономичность модели определяется прежде всего затратами машинного времени и затратами машинной памяти. При использовании для моделирования современных быстродействующих ЭВМ основные затраты времени связаны с операциями ручного ввода информации в ЭВМ при моделировании. Степень универсальности математической модели определяется ее применимостью к анализу многочисленной группы однотипных объектов [23]. В связи с бурным развитием науки и техники (особенно цифровой-логической) за последние 25 лет дадим более расширенное понятие универсальности модели. Так как привод состоит из двух составных частей (динамическая часть двигателя и логическая часть дискретного управляющего устройства), то условимся называть математическую модель, которая в совокупности описывает («покрывает») две разнородные группы объектов (дискретных и непрерывных) бимоделью, а ее универсальность - биуниверсальность (би- два; двойная универсальность). В противном случае использование методов для сквозного автоматизированного проектирования приводов станет затруднительным. Основой универсальных моделей является отражение в них потоков вещества, энергии и информации в объектах. Конкуренция на мировом рынке обуславливает необходимость создания гибких производственных систем (ГПС), способных быстро переходить с одного вида продукции к новому (обновленному) виду продукции. Это предъявляет к моделям еще одно важное требование: гибкость моделей. Под гибкостью моделей будем понимать возможность быстрого программного перехода с реализации одних функций управления к другим функциям управления без перекоммутации каналов управления и каналов с датчиков обратной связи [3]. Для описания и моделирования приводов широко используются аналитические (функциональные) модели динамического типа (на базе дифференциальных уравнений) непрерывные и дискретные во времени [40]. Непрерывной во времени модель является в том случае, когда характеризующая ее переменная определена для любого значения времени; дискретной во времени, если переменная получена только в определенные моменты времени. Непрерывной во времени процесс определяется моделью Y=A(i), где t- может принимать любое значение. Дискретный во времени процесс определяется моделью Y-— f(KAt) , где К=0, ±1, ±2, ... . Приводы технологических машин состоят из двигателей и устройств (систем) управления. Двигатели описываются динамическими моделями, устройства управления - функциями алгебры логики (булевой алгеброй). Далее рассмотрим известные модели дискретных приводов и соответствие их основным требованиям.
Дискретные двигатели как простейшие конечные автоматы с идеализированными элементами
Пневматические приводы относятся к мехатронным системам, синер-гетически объединяющих механические, электромеханические, электронные и компьютерные компоненты приводов в единое целое [11,12].
Мехатроника как новая область науки и техники находится в стадии своего становления. При взаимопроникающем конструктивном объединении в единое целое (модули) функциональные свойства компонентов мехатроники сохраняются, сохраняется и их разнородность математического описания (моделей), т.е. на данном этапе развития мехатроники единообразного (обобщенного) математического описания различных компонентов пневмоприводов еще не достигнуто.
В работе рассматривается один из способов единообразного математического описания компонентов пневмопривода. В работе [25] задача объединения дискретной и непрерывной математики частично решена. В ней на базе понятия «конечно-непрерывный автомат» получена система обобщенных функций конечно-непрерывных моделей элементов и устройств.
Их недостатком является то, что они, отражая дискретные (логические) свойства и динамические свойства, отражают только динамические свойства непрерывных (аналоговых, с бесконечным множеством состояний) - устройств, имеющих общее решение дифференциальных уравнений, и не отражают динамические свойства устройств, дифференциальные уравнения (системы) которых не имеют общего решения. А такие устройства широко используются в приводах.
Важной задачей проектирования приводов является задача снижения материальных затрат и сокращение сроков проектирования. Проектирование приводов - комплекс работ по исследованию, расчетам и конструированию. Проектирование приводов включает такие важные этапы, как эскизное, техническое и рабочее проектирование, изготовление и исследование опытного образца, подготовку проектной документации и др.
Сокращение материальных затрат и сроков проектирования возможно осуществить за счет замены дорогостоящего и занимающего много времени физического моделирования математическим моделированием привода. При этом математические модели привода должны наиболее точно (адекватно) отображать существенные особенности привода и должны быть, наряду с алгоритмами их моделирования, экономичными по числу вводимых параметров.
Проектное решение привода может быть выполнено автоматически (САПР- система автоматического проектирования) или в интерактивном режиме (исследователь-ЭВМ). Но даже при автоматическом получении проектных решений за инженером-исследователем остаются важнейшие, и затратные по времени, функции - ввод исходных данных (конструктивных, динамических и логических варьируемых параметров при структурном и параметрическом синтезе привода), окончательная оценка и утверждение проектных решений. Существенное сокращение времени проектирования при этом может быть достигнуто при минимизации числа параметров математической модели привода, вводимых при синтезе привода в ЭВМ. Не решены также вопросы алгоритмов и программ моделирования логико-динамических моделей пневмоприводов на ЭВМ, их экономичности. В связи с дефицитом энергии.и её дороговизной актуальной задачей является поиск путей (структурных схем, алгоритмов управления приводами и др.) сбережения энергии. В работе [22] для сокращения энергетических потерь пневматических систем предлагается использовать вместо централизованного воздухознаб-жения (с одной большой компрессорной станцией) индивидуальные ком 33 прессора, при снижение давления использовать вместо дросселей струйные компрессоры, использовать наддув компрессора от вентиляционной системы, а также схем рекуперации потенциальной энергии в канал питания при инерционном торможении исполнительного механизма. Предлагаются также способы и средства повышения КПД пневмосистем за счет надежной герметизации магистрального воздуховода в соединениях. В последнее время широко применяются в технологическом производстве машины (автооператоры, промышленные роботы и др.), функционирующие в сферической или полярной системе координат, двигатели приводов которых изменяют свою пространственную ориентацию (см.рис. 10) в широком диапазоне [8,49]. Функциональные и энергосберегающие свойства этого типа машин исследованы недостаточно. Одним из перспективных путей энергосбережения в приводах с широким диапазоном изменения углового положения двигателей в пространстве является использование сил гравитации (тяжести) перемещаемых масс, которые широко используются для энергосбережения в пневматических подъемниках со стационарно (вертикально) установленными двигателями [15]. При разработки же приводов с широким диапазоном изменения ориентации двигателей из-за изменения движущих сил тяжести приводов возникает ряд вопросов (пространственные зоны возможного гравитационного энергосбережения, математические модели, алгоритмы управления, динамика гравитационных режимов работы приводов, задержки, количественная оценка величины энергосбережения и др.), требующих специального исследования. Эти вопросы также будут рассмотрены в работе.
Структурные логические схемы (модели) пневмоприводов (двигатель - распределители) при типовых и энергосберегающих режимах работы
Дискретные приводы состоят, как правило, из дискретных двигателей и дискретных систем управления. Двигатели исследуются, проектируются и управляются на базе теории непрерывных динамических систем [14,15,21,64], а устройства управления - на базе теории конечных автоматов [55,58,76,77]. Двигатели и системы управления являются единым целым, но единообразное математическое описание и структурное представление дискретных приводов до настоящего времени еще не было разработано. Это сдерживает и развитие теории приводов, и развитие самой техники дискретных приводов.
Особенностью предлагаемого здесь подхода для решения указанной проблемы является то, что дискретные двигатели рассматриваются не только как устройства преобразования энергии, но и как устройства, которые передают, хранят и преобразовывают информацию, а также то, что исполнительные двигатели рассматриваются как простейшие конечные автоматы: двигатели - логические (информационные) элементы. Это новый подход к исследованию дискретных двигателей.
Ставятся задачи разработки моделей конечных автоматов дискретных двигателей, вьывления особенностей этих моделей по сравнению с моделями конечных автоматов дискретных систем управления.
Выявляется возможность представления дискретных двигателей в виде конечных автоматов на базе безынерционных логических элементов, а также в виде асинхронных (инерционных) конечных автоматов.
Представление же дискретных приводов в виде асинхронных конеч 38 ных моделей выявляет обобщенный параметр (переменную состояния) дискретных двигателей и дискретных систем управления - задержки. Как задержки в двигателях, так и задержки в логических элементах могут быть в каждом конкретном случае определены с помощью теории динамических линейных систем. Описание асинхронных конечных автоматов с помощью логических уравнений и динамических уравнений, описывающих задержки, позволяет получить общие логико-непрерывные модели дискретных приводов. Более того, объединение аналитических и логических уравнений приводит к получению нового класса автоматов - логико-динамических автоматов (см. главу IV) дискретных пневмоприводов.
В главе рассматриваются также вопросы энергосбережения в двигателях и условия, необходимые для этого. На рис. 11,а приведена схема типового (двухкамерного) дискретного поршневого одноштокового цилиндра одностороннего (с пружиной) действия (Р - давление - сигнал на входе, х - перемещение - сигнал выходного звена -штока цилиндра). При отсутствии Р (Р=0) шток цилиндра занимает крайнее левое (нулевое - 0) положение. При подаче давления Р (условно Р равен логической 1) шток займет крайнее правое положение ( х примет условное логическое значение 1). При снятии давления Р ( Р=0 ) шток вновь после переходного процесса займет нулевое положение. На входном и выходном канале (атмосферном) цилиндра расположены дроссели, которые имитируют сопротивления этих каналов. Роль пружины в этих устройствах может также выполнять постоянное давление (Р) в штоковой полости (рис.11,6). На рис.11,в показана схема дискретного мембранного механизма с пружиной, на рис. 11 ,г - с подпорным давлением. Выходной переменной (х) двигателя является перемещение штока, при работе в качестве зажимных или тормозных устройств - давление (Рк) в полости. На рис.11,д приведена схема гидравлического (пневматического) мотора, входным параметром (АР) которого является перепад давлений (объем Описанные двигатели осуществляют преобразование гидравлической, пневматической энергии на входе в механическую энергию выходного звена. Работа всех рассмотренных выше дискретных двигателей может быть (качественно) проиллюстрирована циклограммой, приведенной на рис. 11, е. На рис.11 обозначено: Т\-чистая задержка переднего фронта выходно 40 го сигнала, т2 - длительность (задержка) фронта, т3 - длительность (задержка) «выстоя» - такта техпроцесса, т4 - чиста задержка заднего фронта (спада), Ts -длительность (задержка) заднего фронта сигнала, т - суммарная задержка прихода выходного звена в исходное состояние. Очевидно, что величины всех конкретных переменных циклограмм зависят как от конструктивных параметров самого дискретного двигателя, так и многих других внутренних и внешних параметров (нагрузок, сил трений, процессов наполнений и опорожнений полостей и т.д.). Циклограмму, с помощью которой можно описать (на качественном уровне) работу однотипных двигателей, будем называть типовой. На рисі2,2 приведена циклограмма их работы. Задержка т5 т5 при «помогающем» давлении P2—J- Такие двигатели широко применяются в технике, к примеру, для опрокидывания кузова автомобиля (КАМАЗ), для частичного уравновешивания неуравновешенных масс столов станков и агрегатных головок машинных центров и т.д. На рис. 13,а показана схема поршневого двигателя при внешней силе F, направленной в обратную сторону, и циклограмма работы (б) в этом случае. При этом т2 Т2, т.к. внешняя сила увеличивает скорость штока.
К вопросу о точности и задачах экспериментального исследования логико-динамических моделей (ЛДМ) дискретных приводов. Результаты эксперимента ЛДМ
Время переключения струйных элементов по заднему (t s) и переднему (tjt2) фронту, как правило, различно, но учитывая, что само время переключения струйных элементов мало по сравнению со временем переключения двигателей, в практических расчетах берется среднее время переключе 68 ния струйных элементов, а иногда этим временем (или временем переключения электронных элементов электронных систем управления) пренебрегают. Однако, если время переключения элементной базы управляющих устройств дискретных двигателей соизмеримо с временем переключения двигателей, то эти времена необходимо учитывать.
Так, к примеру, при построении систем управления на пневматических элементах УСЭППА [7], в которых есть достаточно протяженные цепочки из этих элементов, время срабатывании и отпускания элементов управляющих устройств необходимо учитывать.
На рис.24,в приведена в качестве примера схема пневматического релейного элемента системы УСЭППА. Время переключения элемента 0,05-0,1 с. Переходные процессы такого элемента могут быть описаны циклограммой на рис.24,6. Из этой циклограммы видно, что она описывает элементы, которые реализуют логическую операцию Да (рис.24,г).
Выше было отмечено, что если быстродействие элементов значительно превышает быстродействие двигателей, то их временем переключения как элементов, управляющих двигателями, можно пренебречь.
Однако и в этом случае при построении самих управляющих устройств из этих элементов очень часто для нормального функционирования систем управления, быстродействие элементов которых соизмеримо со временем задержек сигналов в коммуникационных каналах, задержки на включение и выключение необходимо учитывать, иначе могут появиться сбои в работе устройств из-за явления состязаний сигналов и элементов [55,56]. К таким системам относятся струйные системы управления и электронные сверхбыстродействующие системы.
Структурная схема асинхронного конечного автомата, учитывающего задержки по переднему и заднему фронту, для дискретных элементов, реализующих логическую функцию Да, таких систем приведена на рис. 24Д
Как видно, структурная схема асинхронного конечного автомата, разработанная для моделирования дискретных двигателей, приемлема (в силу сходства типовых циклограмм) и для моделирования элементов различной физической природы систем управления.
Дискретные элементы систем управления, реализующие логические функции НЕ, Память, также могут быть описаны моделями асинхронных конечных автоматов, которые приведены выше (рис.ІЗ.г, рис.14,е, рис.24,Э). Эта общность конечных моделей дискретных двигателей и дискретных элементов систем управления и является одной из важнейших основ для «стыковки» теории конечных автоматов и теории динамических систем.
Рассмотрим вопрос упрощения конечных моделей приводов, состоящих из двигателей и распределителей, которые являются наиболее инерционными звеньями приводов.
На рис.25,я показана структурная логическая схема из двух последовательно соединенных безынерционных элементов, реализующих функцию Да, т.е у=х; z=y; z=x. Эта цепочка элементов может быть заменена одним элементом (см. рис.25,б). На рис.25,в показана цепочка элементов (двигатель плюс распределитель) с задержками Т\,Тг- Циклограмма работы цепочки приведена на рис.25,г. Задержки элементов можно вынести, например, на вход схемы (рис.25, 3) Временная зависимость от х при этом не изменится. Задержки, далее, и логические элементы можно объединить. В результате получается более простая асинхронная модель (рис.25,е), чем модель по рис.25,в. В этих схемах было принято, что задержки переднего фронта равны задержкам заднего фронта. Обычно эти задержки не равны между собой.
