Модель САРД СК регенерационного типа

       СЛАЙД 44. Давление газовой среде в СК регенерационного типа определяется, во-первых, соотношением между подачей газа в СК и его расходом, во-вторых - температурой. Увеличение температуры газа в замкнутом объеме приводит к увеличению давления в соответствии с законом Шарля (32):

                                                                  (32)

Пренебрегаем зависимостью давления от температуры , так, при изменении температуры в полости скафандра с 293К до 308К давление изменится на 5%, что не влияет на человеческий организм.(  , при , Обычно температура в CК изменяется в меньшем диапазоне. Более существенное изменение давления может вызвать изменение соотношения между подачей газа в полость СК и его расходом.

       При составлении дифференциального уравнения изменения давления в полости СК будем считать, что:

       - выделяемые человеком СО₂ и водяные пары полностью поглощаются в регенерационной установке и давление не изменяется.

       - утечка газа из скафандра при малых изменениях регулируемого параметра  постоянна в переходном режиме.

       В этом случае изменение массового количества газа  в СК определяется разностью массового расхода регенерируемого О₂ , подаваемого в СК через клапан подачи регулятора давления, и массового потока О₂ , поглощаемого человеком. Составим уравнение движения клапана подачи регулятора абсолютного давления, кинематическая схема которого изображена на рис. 2.3. (33)

.                                     (33)

       Из уравнения состояния Клайперона, при условии, что  и  постоянны получаем: (34)

,

 Þ                   (34)

где  – газовая постоянная О₂.

       Массовый поток О₂, поступающего в пневмосистему СК из системы кислородного питания  пропорционален ходу клапана h и уравнение расхода газа через клапан подачи регулятора давления: (35)

,                                                          (35)

 – коэффициент пропорциональности, зависящий от конструкции клапана и режима истечения газа определяется из уравнения. (36)

                                       (36)

       СЛАЙД 45. Дифференциальное уравнение регулятора давления движения клапана подачи регулятора абсолютного давления, кинематическая схема которого изображена на рис. 2.3. при перемещениях клапана может быть записано в следующем виде: (37)

,                                        (37)

где  - перемещение клапана;  - масса подвижной части регулятора;  - сумма сил, действующих на подвижную часть регулятора, являющаяся функцией давления в СК , хода клапана  и динамических сил;  - коэффициент демпфирования,  – учитывает силу вязкого трения в газовой среде.

       Объединив это уравнение динамики с уравнениями деформации чувствительных элементов и добавив дифференциальные уравнения, характеризующие процесс изменения давления внутри СК, можно получить систему дифференциальных уравнений, описывающих динамику всей системы регулирования.

       Динамические свойства САРД рабочей среды оцениваются в ходе составления математических моделей и их исследования. В результате уточняются значения передаточных коэффициентов регуляторов давления, которые обеспечивают заданное качество переходного процесса.

     На основе полученных значений передаточных коэффициентов системы автоматического регулирования давления (САРД) окончательно определяются проектные параметры регуляторов давления СК.

       Сумма сил, действующих на подвижную часть регулятора, включает: (38)

                                      (38)

 - жесткость анероидного сильфона   - жесткость внутренней пружины сильфона. 

       Тогда (39)

Þ                            (39)

       Общая линейна модель САРД регенерационного СК имеет вид (40):

                                         (40)

СЛАЙД 46. Составим структурную схему системы из передаточных функций. Уравнение объекта регулирования (44) запишем в операторной форме (41):

Þ                             (41)

       При преобразуем (41) в (42)

                                   (42)

где  – коэффициент эффективности объекта регулирования,  – оператор дифференцирования

       Клапан (орган) подачи описывается уравнением (43)

                                                                 (43)

       Сам регулятор – чувствительный элемент (сильфон клапан) (44)

Þ                                      (44)

СЛАЙД 47. Структурная схема САРД СК регенерационного типа представлена на рис.

СЛАЙД 48. Передаточная функция разомкнутой системы (45):

          (45)

где , , ,

       Передаточная функция замкнутой системы для анализа устойчивости будет иметь вид (46):

                                                  (46)

           

СЛАЙД 53. САРД СК регенерации типа повышенного быстродействия

       С целью повышения быстродействия САРД давления в системе существует автомат компенсации утечки АКУ, реагирующий на скорость изменения давления .

       В качестве ЧЭ АКУ используется манометрическая коробка 7, выполненная из упругого материала, подвижный центр которой связан кинематической передачей с омическим преобразователем -10. ЧЭ 7 имеющий свободное сообщение с СК, установлен в герметическом корпусе 8, который сообщается с атмосферой СК через дроссельное отверстие 6.

1 – анероидный сильфон, 2 – кинетическая передача, 3 – разделительная мембрана, клапан, 4 - 5- СК,6 – дроссельное отверстие, 7 – манометрическая коробка, 8 – герметический корпус АКУ, 9 – подвижный ползунок 10- омический преобразователь неэлектрического сигнала в электрический, 11- усилитель, 12- пропорциональное реле.

       Принцип действия АКУ основан на пневмомеханическом дифференцировании  в переходном режиме. При изменении  (уменьшении) внутри манометрической коробки реагирует ЧЭ -7. Новое значение  устанавливается практически мгновенно, а в корпусе 8 автомата из-за гидравлического сопротивления дросселя 6, давление   отличается от . Чем больше скорость изменения , тем больше разность , под действием которого ЧЭ-7 деформируется и эта деформация через кинематическую связь подается на подвижный ползунок 9. Вследствие этого на выходе омического преобразователя 10 возникает электрический сигнал. Этот выходной электрический сигнал поступает на усилитель 11, а затем на вход пропорционального реле 12, исполнительный элемент которого воздействует на клапан подачи О₂ 4. В результате О₂ поступает в полость СК и  увеличивается. Для возвращения клапана 4 в закрытое положение предусмотрена клапанная пружина, которая при прекращении поступления управляющего сигнала на реле 12 возвращает клапан подачи 4 в закрытое первоначальное положение.

При ,  и Þподача закрыта.

Т. о. выходной электрический сигнал в переходном режиме по давлению  в СК пропорционален

СЛАЙД 54. Модель САРД повышенного быстродействия.

Модель АКУ. Уравнение изменения давления газа  в корпусе автомата 8. Расход  через дроссель 6 (1):

                                                        (1)

        Линеаризуем  в окрестностях стационарных значениях  (2)

                                                       (2)

       Учитывая ,  (3)

    (3)

Принимаем . (4)

                               (4)

Уравнение движения центра манометрической коробки с учетом малости масс подвижных частей и сравнительно большой жесткости (5):

                                         (5)

 – эффективная площадь манометрической коробки,  – жесткость манометрической коробки,  - перемещение жесткого центра определяется из уравнения (6)

 

                                                  (6)

СЛАЙД 55. Модель САРД повышенного быстродействия (7):

              (7)

Окончательно модель с введением всех коэффициентов (8):

                                            (8)

       Таким образом, в обоих случаях САРД давления в СК регенерационного типа получила линейные САРД.

Линеаризованные уравнения в отклонениях для составления передаточных функциях (9):

Þ Þ                (9)

СЛАЙД 56.

       Получили систему более высокого порядка. Методы исследования устойчивости тоже. Предварительно надо упростить схему до более простого вида с помощью правил преобразования структурных схем линейных систем.