Шары толкает наружу центробежная сила?

Во вращающейся системе отсчёта удобно писать фиктивную центробежную силу mω²r. В инерциальной системе шары имеют центростремительное ускорение, его даёт натяжение рычагов. Оба описания согласованы.

Почему обороты не держатся идеально постоянными?

Положение муфты пропорционально ошибке по скорости. Такой закон уменьшает отклонение, но не обнуляет его: остаётся неравномерность (статизм). Чтобы убрать остаток, нужна интегральная составляющая, как в более поздних регуляторах.

Чего нет в этой схеме по сравнению с машиной?

Нет трения (гистерезис: шары идут вверх и вниз по разным ω), нет запаздывания котла и нет «охоты» — колебаний вокруг равновесия. Связь муфты с дросселем считают мгновенной.

Регулятор Уатта

Шары и муфта в зависимости от частоты вращения; зазор дроссельной заслонки паровой машины — обратная связь по скорости.

О модели

Регулятор Уатта держит частоту вращения паровой машины центробежной обратной связью. Шары на рычагах отходят при росте ω, муфта поднимается и прикрывает дроссель; при падении скорости муфта опускается и открывает пар. В равновесии центробежная сила mω²r уравновешивается весом и составляющими натяжения рычагов. Это пропорциональный регулятор: остаётся статическая ошибка (неравномерность). Трения, гистерезиса и динамики самой машины нет — связь муфты со скоростью идеальная.

Для кого: Теория автоматического управления и динамика: центробежный регулятор, пропорциональная обратная связь.

Ключевые понятия

регулятор Уатта
центробежная сила
отрицательная обратная связь
муфта
дроссель
статическая ошибка
угловая скорость

Как это работает

С ростом ω шары отходят от оси и поднимают муфту, зазор дросселя сужается — меньше пара, частота падает. Это пропорциональный центробежный контур XVIII–XIX вв. На экране угол рычагов, положение муфты и модельный зазор; трения и динамики машины нет.

Часто задаваемые вопросы

Шары толкает наружу центробежная сила?: Во вращающейся системе отсчёта удобно писать фиктивную центробежную силу mω²r. В инерциальной системе шары имеют центростремительное ускорение, его даёт натяжение рычагов. Оба описания согласованы.
Почему обороты не держатся идеально постоянными?: Положение муфты пропорционально ошибке по скорости. Такой закон уменьшает отклонение, но не обнуляет его: остаётся неравномерность (статизм). Чтобы убрать остаток, нужна интегральная составляющая, как в более поздних регуляторах.
Чего нет в этой схеме по сравнению с машиной?: Нет трения (гистерезис: шары идут вверх и вниз по разным ω), нет запаздывания котла и нет «охоты» — колебаний вокруг равновесия. Связь муфты с дросселем считают мгновенной.

Продолжите с близкими темами в этой категории — или все 48 в «Инженерия».

Вся категория →

НовоеУниверситет / научные