Переменной температуры

Глава 4. Простейшие кусочно-линейные системы (системы с переменной структурой) и их исследование методом точечных отображений.............. 67

ПРОСТЕЙШИЕ КУСОЧНО-ЛИНЕЙНЫЕ СИСТЕМЫ (СИСТЕМЫ С ПЕРЕМЕННОЙ СТРУКТУРОЙ) И ИХ ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОМ ТОЧЕЧНЫХ ОТОБРАЖЕНИЙ

Системы автоматического регулирования с переменной структурой, разработанные на основе развитой теории и принципов построения таких систем, обеспечивают возможность во время протекания переходного процесса скачкообразно изменять структуру и параметры системы при помощи логического устройства. Статический регулятор с переменной структурой эффективно используется для управления классом неустойчивых гетерогенных термохимических процессов, описываемых системой нелинейных дифференциальных уравнений. Для высококачественного управления объектами с взаимосвязанными технологическими параметрами и запаздыванием разработан интегральный регулятор с переменной структурой и минимальными воздействиями регулирующего органа (необходимыми лишь для компенсации возмущающих воздействий в установившихся режимах). Для улучшения динамики процессов управления объектами с большими постоянными времени, работающими в условиях помех, разработан интегральный дискретный регулятор с переменной структурой.

Начиная с 1957 г., предметом исследования стали также системы с переменной структурой, которые описываются уравнениями с коэффициентами, изменяющимися скачками, и позволяют улучшить качество процесса регулирования. Примером может служить задача о синтезе систем, у которых после любого начального отклонения за один размах достигается «поверхность скольжения» в фазовом пространстве системы и далее равновесие восстанавливается при помощи скользящего движения. Интерес к изучению такого рода систем возник еще в 1950 г., когда на примере классического регулятора непрямого действия был показан естественный способ доопределения уравнений с целью описать скользящие движения. В следующей работе были установлены общие условия возникновения скользящих движений и был обнаружен новый тип скольжений, возникающих в том случае, когда в передаточной функции системы степени числителя и знаменателя равны.

В конце 50-х годов были получены существенные результаты по теории комбинированных инвариантных систем. В развитие этих идей были сформулированы условия инвариантности на основе К (Д)-изображений, лолиинвариантности в многосвязанных системах и селективной инвариантности. Важным этапом в развитии теории инвариантности, вытекающим из анализа структурных схем при выполнении критерия реализуемости условий инвариантности, был «принцип двухканальности», заключающийся в том, что в динамической системе должны быть по крайней мере два канала распространения внешнего воздействия: между точкой приложения внешнего воздействия и точкой измерения управляемой величины, инвариантность которой должна быть обеспечена. Эти исследования были продолжены в направлении реализуемости условий инвариантности в линейных и нелинейных системах регулирования и выяснения общности и различия условий автономности и инвариантности. Показана общность проблемы разомкнуто-замкнутых систем автоматического управления и принципа инвариантности и эффект инвариантности в нелинейных системах автоматического регулирования, заключающийся, в частности, в сохранении устойчивости системы при больших возмущениях. Дальнейшим развитием этого направления являются формулировки статистических и информационных критериев инвариантности и реализации их в различных системах, в том числе и с переменной структурой, а также их применение к конкретным задачам. В последнее время наметился новый, вариационный подход к проблеме инвариантности, поставлена и решена задача «сильной» и «слабой» инвариантности для широкого класса линейных и нелинейных систем.

40. Петров Б, Н., Емельянов С. В. Принцип построения комбинированных САР с переменной структурой.—«Докл. АН СССР», 1963, 153, № 5.

2. А, П. Бессонов. Динамика машин с переменными параметрами и переменной структурой. — VII Всесоюзное совещание по основным проблемам теории машин и механизмов. Москва—Тбилиси, 1974.

У машин с переменной структурой технологического цикла классификация потерь времени на цикловые и внецикловые потери оказывается несколько затрудненной. Для облегчения определения потерь того или иного вида введем понятие о цикловых и внецикловых операциях.

Одной из актуальных задач современной теории машин и механизмов является изучение механических систем с переменной структурой. Причем наиболее часто такие системы приходится рассматривать в исследованиях конструкций роботов, манипуляторов и шагающих машин.

В данной работе механика систем с переменной структурой рассматривается на примере шагающих машин, т. е. транспортных средств, оснащенных движителями шагающего типа.

Импульсный вариатор (ИВ) является механизмом с нелинейной передаточной функцией, регулируемыми параметрами и переменной структурой; при этом динамическая переменность структуры ИВ определяется тем, что механизмы свободного хода (МСХ), входящие в состав ИВ, вводят в кинематическую цепь неудерживающие связи, а кинематическая переменность структуры ИВ определяется последовательностью работы элементарных механизмов (ЭМ) в системе преобразующего механизма (ПМ), также входящего в состав ИВ [1, 21.

Направляющие в точных машинах и направляющие, подверженные значительному изнашиванию или действию переменной температуры, выполняют регулируемыми. Регулирование обычно осуществляется: а) планками, на которые воздействуют винты (рис. 23.2, о и б); б) клиньями с уклоном обычно 1/50 (рис. 23.2, в).

Применяя приборы с трубчатой пружиной, следует иметь в виду, что в условиях переменной температуры изменяется модуль упругости чувствительного элемента, что вызывает необходимость введения поправок к показанию прибора. Кроме того, стабильность показаний трубчатого манометра нарушается явлениями гистерезиса и остаточной деформации, поэтому трубчатые манометры следует тарировать не реже 1 раза в год.

Для более детальной характеристики коррозии металла в условиях переменной температуры применяются понятия эквивалентной температуры и времени. Эквивалентной называется такая температура, при которой суммарное уменьшение удельной массы корродирующего материала равно той же величине при коррозии в условиях переменной температуры в течение фактического времени работы. Использование понятия эквивалентной температуры позволяет условно заменить сложное ее изменение одной величиной. В соответствии с формулами (3.40) и (3.10) эквивалентная температура Тэ при ступенчатом изменении температуры определяется из уравнения

Формулы (3.18) и (3.21) описывают коррозию в первоначальной стадии и позволяют рассчитать глубину коррозии металла при постоянной температуре. Приведенные выражения расчета характеристик коррозии принципиально применимы и для первоначальной стадии. Ниже приводятся некоторые наиболее важные соотношения расчета характеристик коррозии в первоначальной стадии в условиях переменной температуры.

пературы (540 °С) и продолжались на этом уровне в течение 72 ч, затем температура в печи поднималась на новую ступень — 560 °С с выдержкой на этом уровне также 72 ч, и так до максимальной температуры — 650 °С. После этого (общая продолжительность такого цикла со ступенчатым подъемом температуры была 432 ч) образцы охлаждались вместе с печами до комнатной температуры. Новый цикл (с понижением температуры) начинался с максимальной температуры (650 °С) в сторону ее снижения с продолжительностью на отдельных ступенях также 72 ч. Печь затем охлаждалась до комнатной температуры. Общее количество циклов со ступенчатым изменением температуры было 8 с суммарным временем испытания 3456 ч. Результаты таких испытаний, дают возможность оценить коррозионную стойкость металла при работе в условиях переменной температуры. Установленные глубины коррозии при переменном температурном режиме приведены на рис. 4.1.

Для характеристики коррозии металла переменной температуры продуктов сгорания в условиях, аналогичных рассмотренным в гл. 3, удобно использовать понятие эквивалентной темпе-

Зная зависимость 7» = 7(*) (Рис- 4.30), нетрудно определить эквивалентную температуру продуктов сгорания Фэ при заданной (расчетной) температуре металла Тр. Таким образом, эквивалентная температура продуктов сгорания является такой температурой, при которой суммарное уменьшение удельной массы (глубина коррозии) равно той же коррозии в условиях переменной температуры газа в течение фактического времени работы t.

Опыт показал, что кипячение в воде является жестким испытанием и потому не позволяет с достаточной степенью точности оценить влияние длительного старения на композиты в условиях высокой влажности и переменной температуры. Механические и другие свойства стеклопластиков на основе аппретированных волокон после воздействия теплой влажной среды в течение нескольких .лет также значительно ухудшаются. Поэтому можно сказать, что в процессе деструкции важную роль играет временной фактор. Процессы релаксации напряжений и коррозии, которые могут способствовать деструкции, изменяются во времени, и их механизм не может быть точно установлен на основе ускоренных испытаний.

Расчет остаточных напряжений в композитах, состоящих из полимерного связующего и армирующих волокон, является, по существу, задачей вязкоупругого анализа конструкций под действием переменной температуры, когда полимерное связующее переходит из высокоэластического состояния в стеклообразное. Этот расчет легко выполним при помощи существующих методов в предположении о термореологической простоте и линейности свойств полимерного связующего. Однако справедливость развитого подхода все-таки нуждается в проверке, особенно в диапазоне температур, близких к Т8.

Ошибка измерения независимой переменной (температуры) в гелиевом, водородном и азотном интервалах составляет 0,0022, 0,0025 и 0,002 К соответственно. Погрешность определения зависимой переменной (т. э. д. с.) зависит от термопары. В случае пары хромель—сплав Аи — 0,07 % (ат.) Fe погрешность в гелиевом, водородном и азотном интервалах составляет 0,034; 0,135 и 0,218 мкВ соответственно. По скромным подсчетам общая погрешность при тарировке термопары хромель—сплав Аи —0,07% (ат.) Fe в интервалах 4—20, 20—75 и 75— 280 К составляет ±0,01; ±0,012 и ±0,015 К соответственно. Для температур >20 К использована международная шкала [9], а для интервала <20 К—акустическая шкала NBS.

При применении арматуры и соединительных частей для работы в условиях частых гидравлических ударов, пульсирующих давлений, переменной температуры, специфических свойств среды, ограниченного срока службы (200 000 ч и менее) величина рабочего давления определяется по табл. 2 с поправочным коэффициентом, устанавливаемым органами технического надзора.