Возвращаясь к теме управления в разомкнутом контуре

Будучи упрощенным и далеким от совершенства, механизм управления в разомкнутом контуре продолжает находить применение в промышленности, а также в оборонной и аэрокосмической отраслях. И все же, что представляет собой управление в разомкнутом контуре? В качестве примера можно привести ночник, который включается при наступлении темноты или масляный клапан реактивного двигателя военного самолета, меняющий положение в зависимости от высоты. Для этого вида управления характерно отсутствие обратной связи, с помощью которой можно получить информацию о том, что происходит.Так почему же нам следует его использовать? Да потому, что в некоторых обстоятельствах простота повышает надежность и, кроме того, низкая цена делает этот вид управления более практичным для ряда процессов.

Два условия, при которых управление в разомкнутом контуре является практичной альтернативой системам с замкнутым контуром:

• там, где нет необходимости в высокоточных операциях;
• там где система может работать удовлетворительно без применения ОС.

Сварной сильфон/разомкнутый контур

^{Когда они представлены рядом, можно видеть, что сварной сильфон является физическим представлением системы управления в разомкнутом контуре.}

Акцент на температуру

Устройство с разомкнутым контуром управления обычно представляет сгруппированные в один узел датчик, усилитель и привод. Одна из наиболее распространенных технологий, объединяющая эти составные части, это металлический сильфон. Это устройство было создано более 100 лет назад и представляло собой механически сформованный сильфон.Через 50 лет появилось устройство с более высокими характеристиками – сильфон со сварными краями. Сегодня широко используется именно эта, более поздняя версия, однако в технологии, которая будет описана ниже, применяются обе версии. В механическом устройстве металлический сильфон, в котором объединены свойства пружины, клапана и цилиндра, является датчиком и приводом. Для его движения характерно отсутствие трения, утечки и нарушения герметичности.

Применение в хвостовом несущем винте вертолета

^{Воздух внутри сильфона делает его чувствительным к давлению и температуре. Система измеряет плотность воздуха для выравнивания наклона несущего винта}

В сильфоне, заполненном жидкостью, входным сигналом является теплота. Жидкость и окружающая ее оболочка (колба) вместе с сильфоном представляют собой датчик и усилитель. На выходе системы находится стержень или подвижный рычаг (см. график „сварной сильфон/разомкнутый контур“, на котором показана взаимосвязь между системой управления в разомкнутом контуре и сварным сильфоном). Существенным для этой системы является довольно высокие значения движущей силы и длинный ход, который можно получить на выходе: обычный показатель – от полукилограмма до нескольких килограммов в зависимости от размера сильфона. А ход может изменяться в диапазоне от миллиметров до ескольких сантиметров. По своей сути это практичный вариант исполнительного устройства с прямым линейным приводом без двигателей или электроэнергии.

Хорошим примером удачного применения управления в разомкнутом контуре с использованием сварного сильфона является оптический прицел военных орудий. Прицел, который располагается на бронированной машине, должен быть постоянно наведен на цель для немедленного использования без корректировки. Поскольку машина находится на открытом пространстве, оптика подвергается значительным перепадам температуры, особенно в условиях пустыни. Использование жидкостного сильфона для перемещения парфокальной линзы внутри системы линз прицела на один сантиметр в одну или другую сторону может компенсировать температурные измерения размеров оптической системы. Под воздействием внешних условий оптический прицел нагревается, жидкость, которая в этом случае находится внутри сильфона, заставляет его расширяться и перемещать линзу. При понижении температуры воздуха жидкость и сильфон сокращаются, и линза перемещается в другом направлении. Согласно конструкции перемещение пропорционально температуре. В этой задаче обратная связь не является критически необходимой. Оператор видит расфокусировку системы и может самостоятельно сделать коррекцию в случае отказа системы наводки. Однако прочность и простота системы гарантируют незначительную вероятность сбоев, одновременно избавляя от необходимости использования электроэнергии и сложных систем с обратной связью.

Применение в производстве полупроводников

^{Сильфон с запаянным внутри воздухом должен пассивно воспринимать наличие вакуума на своей внешней поверхности и расширяться, чтобы прижать пластину полупроводника для начала работы или проверки}

Давление, высота

В другой разновидности управления в разомкнутом контуре сильфон используется для контроля давления паров масла в реактивном двигателе военного самолета, в этом случае вместо температуры регистрируется высота. Сильфон герметично запаян, воздух из него выкачан. Здесь сильфон выполняет функции анероидного датчика/привода. Он изменяет свою длину в соответствии с абсолютным давлением, т.е. высотой. По мере набора высоты летательным аппаратом сильфон расширяется, управляя клапаном и уменьшая поток воздуха, который проходит через двигатель с тем, чтобы поддерживать постоянное давление масла. В применении обратной связи нет необходимости, таким образом, разомкнутый контур является экономичным видом управления.

Рисунок „применение в хвостовом несущем винте вертолета“ показывает, как осуществляется управление в разомкнутом контуре с двойным вводом для настройки угла наклона хвостового несущего винта вертолета. И в этом случае сильфон герметично запаян, но воздух из него не выкачивается. Поскольку воздух в сильфоне присутствует, длина сильфона – это функция высоты и температуры, т.е. то, чем определяется плотность воздуха. Сильфон имеет большую площадь поверхности и малую массу, поэтому он является датчиком температуры с очень низкой постоянной времени. Комбинация его пружинящей силы и расширения газа, находящегося внутри, служит движущей силой для механизма, регулирующего угол наклона. Так как в разомкнутом контуре нет обратной связи, у нас нет уверенности, в том, что хвостовой несущий винт установлен в нужном положении в соответствии с плотностью воздуха. Но это и не очень важно, поскольку прибор является только вспомогательным для пилота. Если пилот почувствует ошибку, он может произвести корректировку самостоятельно.

В случае применения управления в разомкнутом контуре для изготовления полупроводников сильфон растягивается и сжимается по мере изменения давления, но в действительности он может быть в одном из двух состояний – сжатом или растянутом. Эта система заменяет активную систему и исключает необходимость трех проникновений в камеру, использования трех электрических приводов вне камеры и соответствующих регуляторов для них. Система работает в разомкнутом контуре и нет обратной связи, чтобы удостовериться, что зажим был приведен в действие. Однако другие операции в ходе процесса будут сигнализировать о сбое.