液壓系統(tǒng)伺服控制電路的設計畢業(yè)論文.doc

本科畢業(yè)設計說明書（論文）第1頁共33頁1引言液壓傳動是利用液體的壓力能進行能量傳遞、轉換和控制的一種傳動形式。作為一門新興的技術，在20世紀以后得到了迅速地發(fā)展。它具有可以實現(xiàn)大范圍無級調速、相對體積小、重量輕、易于控制等優(yōu)點，在國民經(jīng)濟中得到了廣泛地應用，并具有廣闊的發(fā)展前景。對于液壓伺服系統(tǒng)控制電路的設計，首先應該對液壓伺服系統(tǒng)、閉環(huán)控制技術以及其中的主要控制組件伺服閥，做具體的了解。1.1液壓伺服系統(tǒng)液壓伺服系統(tǒng)是一種閉環(huán)控制系統(tǒng)，其控制技術是反饋控制技術、電子技術與液壓技術相結合而產(chǎn)生的。液壓伺服系統(tǒng)除了具有液壓傳動的各種優(yōu)點外，還具有反應快，系統(tǒng)剛度大和控制精度高等優(yōu)點，因此廣泛地用于機床、重型機械、起重機械、汽車、飛機、船舶和軍事裝備等方面1。1.1.1液壓伺服系統(tǒng)的概念及原理伺服系統(tǒng)是一種執(zhí)行組件能以一定的精度自動地按照輸入信號的變化規(guī)律而動作的自動控制系統(tǒng)。凡是采用液壓控制組件，根據(jù)液壓傳動原理建立起來的伺服系統(tǒng)，都叫做液壓伺服系統(tǒng)2。其工作原理是利用反饋得到的偏差信號，控制液壓能源輸入系統(tǒng)的能量（流量和壓力），是系統(tǒng)向著減小偏差的方向變化，從而使系統(tǒng)的實際輸出與希望值相符。1.1.2液壓伺服系統(tǒng)的組成各種液壓伺服系統(tǒng)均可由下列一些基本原件組成：（1）指令組件。（2）反饋檢測組件。（3）放大、轉換、控制組件。（4）比較組件。（5）直接對控制對象起控制作用的組件。（6）控制對象。1.1.3液壓伺服系統(tǒng)的分類（1）按誤差信號的產(chǎn)生和傳遞方式不同分：機液伺服系統(tǒng)；電液伺服系統(tǒng)；氣液伺服系統(tǒng)。本科畢業(yè)設計說明書（論文）第2頁共33頁（2）按液壓控制組件的不同分：閥控系統(tǒng)（節(jié)流式）；泵控系統(tǒng)（容積式）。（3）按被控物理量不同分：位置伺服系統(tǒng)；速度伺服系統(tǒng)；力（或壓力）伺服系統(tǒng)；其它伺服系統(tǒng)。1.2液壓伺服系統(tǒng)的優(yōu)缺點液壓伺服系統(tǒng)除了具有液壓傳動所固有的一系列顯著優(yōu)點外，還具有系統(tǒng)剛度大、控制精度高、響應速度快、能高速啟動、制動和反向等優(yōu)點。因而可組成體積小、重量輕、加速能力強，快速動作和控制精度高的伺服系統(tǒng)，來控制大功率和大負載。同樣，液壓伺服系統(tǒng)除具有液壓傳動所具有的一些缺點外，還具有其它一些缺點：如它的精密控制組件（如電液伺服閥）加工精度高，因而價格貴；對工作油要求高，工作油的污染對系統(tǒng)可靠性影響較大等3。1.3液壓伺服系統(tǒng)的應用和發(fā)展液壓伺服系統(tǒng)，首先應用在武器控制系統(tǒng)中，廣泛應用于海陸空軍各個領域。在航天、航空和導彈等控制方面，大量采用液壓伺服控制系統(tǒng)。因為這些控制系統(tǒng)的性能要求很高，快速性能要好，質量要輕，而成本等又不是主要考慮的因素，所以，液壓伺服控制技術在這些部門得到了大量的應用和發(fā)展。目前，在飛機上所有的控制系統(tǒng)和操縱機構幾乎全部采用液壓伺服及液壓傳動機構。在導彈方面，小口徑導彈，由于要求本身質量輕，大多采用氣動伺服系統(tǒng)；中程及遠程導彈的各個控制系統(tǒng)，幾乎都采用液壓伺服系統(tǒng)4。在地面武器方面，由于要跟蹤及掃描航速日益提高的飛機，早在第二次世界大戰(zhàn)前高射炮就有采用液壓伺服控制系統(tǒng)。目前，由于武器種類越來越多，自動化程度也越來越高，所以，在坦克穩(wěn)定控制、雷達的搜索跟蹤控制等方面都采用了液壓伺服系統(tǒng)5。在民用工業(yè)方面，如機床方面的仿形機床、數(shù)控機床；船舶上的舵機操縱和消擺系統(tǒng)；冶煉方面的電爐電極自動升降控制系統(tǒng)；試驗裝置方面的振動實驗臺、材料試驗機等；鍛壓設備中的擠壓機速度伺服控制，油壓機的位置同步伺服控制；軋制設備中的軋機壓下，帶材連續(xù)生產(chǎn)中的跑偏控制、張力控制；大型車輛的轉向助力器等，都應用了液壓伺服系統(tǒng)6。由于各行各業(yè)的自動化程度越來越高，機器設備的運行速度也越來越快，工作精度也越來越高，功率越來越大，所以，液壓伺服系統(tǒng)將越來越廣泛地應用到各行各業(yè)。本科畢業(yè)設計說明書（論文）第3頁共33頁液壓伺服控制系統(tǒng)今后的發(fā)展大體可以有以下幾個方面7：（1）高壓大功率。高壓的目的主要是為了減輕系統(tǒng)的重量及結構尺寸，大功率是為了解決大慣量與重負載的拖動問題（2）高的可靠性。液壓控制設備一般都是高性能的機器，對油的污染和溫度變化都很敏感，把這種機器應用于飛行器上，一開始，可靠性就是一個重要課題。為了提高可靠性，除了對機器本身的研究與改良以及增加監(jiān)測與診斷技術外，目前還在采用余度技術與重構技術，采用了三或四通道的余度構成系統(tǒng)。（3）理論解析與特性補償。液壓伺服控制的理論解析，在20世紀50年代與60年代，就伺服系統(tǒng)本身的理論，可以說大體上解決了。近期的研究傾向是利用計算機對復雜系統(tǒng)、復雜因素進行仿真分析，其中大量的研究是圍繞動態(tài)特性進行的。隨著系統(tǒng)應用的目的多樣化，控制對象也越來越復雜，大慣量、變參數(shù)、非線性及外干擾是經(jīng)常遇到的。要使這些系統(tǒng)具有滿意的性能，必須研究系統(tǒng)的性能補償問題與近代控制策略。（4）同微型機的結合。目前液壓控制已從模擬控制轉為以微機控制與數(shù)字控制為主。把微機放入控制回路之內(nèi)進行實時控制時有很多問題需要研究計算機速度問題，電液伺服機構如何與計算機配置的問題以及離散化帶來的一些問題。直接與數(shù)字機結合需要發(fā)展液壓數(shù)字技術，目前已產(chǎn)生了各種形式的數(shù)字閥、數(shù)字缸及高速開關閥等。電液伺服控制與計算機的結合，提供了計算機創(chuàng)造的全部奇跡與大功率液壓伺服控制之間牢靠的、精確的、高性能的聯(lián)系，產(chǎn)生了各種所謂智能化的電氣液壓伺服控制系統(tǒng)。（5）液壓伺服控制普通的工業(yè)應用階段。液壓伺服控制元部件的批量及規(guī)格化生產(chǎn)，降低成本或開發(fā)簡單廉價的各種轉換組件、數(shù)字化元部件以及各種抗污染的產(chǎn)品，仍然是今后液壓控制系統(tǒng)設計的課題。1.4閉環(huán)控制閉環(huán)控制是指控制裝置與被控制對象之間既有正向作用又有反向聯(lián)系的控制工程。閉環(huán)系統(tǒng)需要對輸出量進行測量，其結構如圖1-4所示。小功率隨動系統(tǒng)，雷達自動控制系統(tǒng)等都是典型的閉環(huán)系統(tǒng)。顯然，閉環(huán)系統(tǒng)是反饋系統(tǒng)。反饋按反饋極性的不同分成兩種形式：如反饋使系統(tǒng)偏差增大，稱為正反饋；反之，則稱為負反饋。本科畢業(yè)設計說明書（論文）第4頁共33頁圖1-1閉環(huán)系統(tǒng)方框圖閉環(huán)控制的特點：（1）輸出影響輸入，因而能削弱或抑制干擾。（2）低精度組件可組成高精度系統(tǒng)。（3）因為可能發(fā)生超調、振蕩，所以穩(wěn)定性問題很重要。由于控制系統(tǒng)的干擾往往是未知的、不可避免的，加之其它原因，所以常見的大多數(shù)系統(tǒng)是閉環(huán)系統(tǒng)8。1.5電液伺服閥輸出量與輸入量成一定函數(shù)關系并能快速響應的液壓控制閥，是液壓伺服系統(tǒng)的重要組件。液壓伺服閥按結構分為滑閥式噴嘴擋板式射流管式射流板式和平板式等；按輸入信號可分為機液伺服閥電液伺服閥和氣液伺服閥9。電液伺服閥是將電量轉變成液壓輸出量的電液轉換組件，出現(xiàn)于1940年。到50年代，這種組件的結構趨于成熟。隨著電子技術和計算機技術的發(fā)展，電液伺服系統(tǒng)的性能得到顯著改善，大大優(yōu)于其它的液壓伺服系