電液位置伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

1、精品文檔電液位置伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法電液位置伺服系統(tǒng)是最基本和最常用的一種液壓伺服系統(tǒng)，如機(jī)床工作臺(tái)的位置、板帶軋機(jī)的板厚、 帶材跑偏控制、 飛機(jī)和船舶的舵機(jī)控制、雷達(dá)和火炮控制系統(tǒng)以及振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)等。在其它物理量的控制系統(tǒng)中，如速度控制和力控制等系統(tǒng)中，也常有位置控制小回路作為大回路中的一個(gè)環(huán)節(jié)電液位置伺服系統(tǒng)主要是用于解決位置跟隨的控制問題，其根本任務(wù)就是通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)被控量對(duì)給定量的及時(shí)和準(zhǔn)確跟蹤，并要具有足夠的控制精度。 電液伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性是衡量一套電液伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)及調(diào)試水平的重要指標(biāo)。它由電信號(hào)處理裝置和若干液壓元件組成， 元件的動(dòng)態(tài)性能相互影響，相互制約及系統(tǒng)本身所包含的非線性

2、，致使其動(dòng)態(tài)性能復(fù)雜。因此，電液伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及仿真受到越來越多的重視。液壓伺服系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)步驟 分析整理所需的設(shè)計(jì)參數(shù)，明確設(shè)計(jì)要求；2擬定控制方案，構(gòu)成控制系統(tǒng)原理圖；1確定動(dòng)力元件參數(shù)（如供油壓力、執(zhí)行元件規(guī)格、伺服閥容量）和其他組成元件；4分析3計(jì)算系統(tǒng)的靜、 動(dòng)態(tài)特性， 確定回路放大系數(shù)和設(shè)計(jì)校正措施等。 根據(jù)技術(shù)要求設(shè)計(jì)出系5統(tǒng)以后， 需要檢查所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是否滿足全部性能指標(biāo)，如不滿足， 可通過調(diào)整參數(shù)或改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（即校正）等方法重復(fù)設(shè)計(jì)過程，直至滿足要求為止。因?yàn)樵O(shè)計(jì)是試探性的，所以設(shè)計(jì)方法具有很大的靈活性， 在設(shè)計(jì)中結(jié)合 MATLAB的 SIMULINK軟件進(jìn)行仿真，

3、對(duì)系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和可靠性作進(jìn)一步驗(yàn)證，最終可以得出比較可靠的電液伺服系統(tǒng)。( 一 )組成控制系統(tǒng)原理圖由于系統(tǒng)的控制功率比較小、工作臺(tái)行程比較大，所以采用閥控液壓馬達(dá)系統(tǒng)。系統(tǒng)方塊原理如圖 1。1 歡迎下載精品文檔（二）由靜態(tài)計(jì)算確定動(dòng)力元件參數(shù)，選擇位移傳感器和伺服放大器1繪制負(fù)載軌跡圖負(fù)載力由切削力Fc ，摩擦力 Ff 和慣性力 Fa 三部分組成。摩擦力具有“下降”特性，為了簡(jiǎn)化， 可認(rèn)為與速度無關(guān)，是定值， 取最大值 Ff = 1500N慣性力按最大加速度考慮Famt amax800N假定系統(tǒng)是在最惡劣的負(fù)載條件下工作( 即所有負(fù)載力都在存在，且速度最大) 下工作，則總負(fù)載力為Fl

4、maxFcFfFa = 400+1500+800=2700N2. 選取供油壓力 Ps 63 105 Pa3. 求取液壓馬達(dá)排量設(shè)齒輪減速比 i=m/ m'2，絲杠導(dǎo)程t1.2102 m / r ，則所需液壓馬達(dá)力矩為FLt27001.21022.58 N mTLi222取 PL=2Ps ，則液壓馬達(dá)弧度排量為D m3TL =32.58 5 =0.610-6 m3 / rad32Ps26310液壓馬達(dá)每轉(zhuǎn)排量為Qm2D m20.6 10-6 m 3 / r3.7 10-6 m 3 / r計(jì)算出的液壓馬達(dá)排量需標(biāo)準(zhǔn)化。按選取的標(biāo)準(zhǔn)化值再計(jì)算負(fù)載壓力PL 值。本例液壓馬達(dá)排量計(jì)算符合標(biāo)準(zhǔn)化。

5、4. 確定伺服閥規(guī)格液壓馬達(dá)的最大轉(zhuǎn)速為iv max2 810nmax1.210t22800r / min 13.3r / s所以負(fù)載流量為 qlQmnmax3.710-613.3r / s49.21 10-6此時(shí)伺服閥的壓降為PvPs PLmaxPsTL631052.58 -6Pa 20.0105 PaD m0.6 10考慮到泄漏等影響，將ql增大15%，取 ql= 3.4L/min。根據(jù) ql和 Pv ，查得額定流量為。2 歡迎下載精品文檔6L/min的閥可以滿足要求，該閥額定電流為I n3010 3 A5. 選擇位移傳感器增益K f100V/m ， 放大器增益 K a 確定( 三 ) 計(jì)

6、算系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)1. 確定各組成元件的傳遞函數(shù)，畫出系統(tǒng)的方塊圖因?yàn)樨?fù)載特性沒有彈性負(fù)載，因此液壓馬達(dá)和負(fù)載的傳遞函數(shù)為1ms2Dm02 hs 1)s(2whwh工作臺(tái)的質(zhì)量折算到液壓馬達(dá)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為2800（1.210-2 2m t t）10-4kg m2Jt =2 2=422=7.294i2考慮到齒輪，絲杠和液壓馬達(dá)的慣量。取Jt= Jt =1.2 10-3 kgm 3，并取液壓馬達(dá)的容積Vt =1010-6 m 3，則液壓的固有頻率為4247000105（0.6 10-6 2w h =eD m=）=290rad/sVtJt10 10-6 1.2 10-3假定阻尼比僅由閥的流量壓力系數(shù)產(chǎn)

7、生。零位流量壓力系數(shù)k c0 可計(jì)算取得。取W 2.5110 2 m ， rc510 6 m， =1.810 2Pa，得伺服閥的傳遞函數(shù)有樣本查得0 =k svIs22+ 20.5 s+1600600額定流量 qn =6L/min的閥的供油壓力Ps63 105 Pa時(shí)，空載流量。3 歡迎下載精品文檔q0m =663105L/min=5.7L/min0.95 10 4 m3 / s70510所以閥的額定流量增益ksvq0m0.95 10 4m3 / sA 3162 10 6 m3 / s A 。則伺服閥I n0.03的傳遞函數(shù)為q0316210 6Is220.52 +600s+1600位移傳感器

8、和放大器的動(dòng)態(tài)特性可以忽略，其傳遞函數(shù)可以用它們的增益表示。傳感器增益U f為k f100V / mX pI放大器增益為ka A/VU e減速齒輪與絲杠的傳遞函數(shù)為wc 84rad / sK SX Pt1.210 2m / rad 9.5610 4 m / radm2 i22根據(jù)以上確定的傳遞函數(shù)，可畫出機(jī)床工作臺(tái)液壓伺服系統(tǒng)的方塊圖，如圖5 所示圖 5 數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)液壓伺服系統(tǒng)方塊圖2. 繪制系統(tǒng)開環(huán)伯德圖并根據(jù)穩(wěn)定性確定開環(huán)增益由方塊圖5 繪制 KV =1 時(shí)的開環(huán)伯德圖， 見圖 6. 。然后將圖中零分貝線下移至O' ，使相位欲 量500， 此 時(shí) 增 益 欲 量 K g11DB

9、 , 穿 越 頻 率 wc84rad / s ， 開 環(huán) 增 益KV 39DB90 1/S由方塊圖 5 得開環(huán)增益KVK a4216 10 6 1.25 1069.56 10 4 100 1/s=504K a 1/s所以放大器增益為。4 歡迎下載精品文檔3. 求閉環(huán)系統(tǒng)的頻寬由圖 6 所示的開環(huán)伯德圖，通過尼克爾斯圖可以求得系統(tǒng)的閉環(huán)伯德圖，如下圖7 所示由該圖可得閉環(huán)系統(tǒng)的頻寬為ef3.35 10 5 m,er8.9 10 4 m, f 3dB26.3HZf 3dB3dB165 HZ 26.3HZ22四計(jì)算系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差對(duì)于干擾來說， 系統(tǒng)是零型的。 啟動(dòng)和切削即不處于同一動(dòng)作階段，靜摩擦干

10、擾就不必考慮。伺服放大器的溫度零漂（0.5%1%I n ） , 伺服閥零漂和滯環(huán)（ 1%2%I n ），執(zhí)行元件的不靈敏區(qū)（ 0.5%1%2%I n ，由此引起的位置誤差為I n ）。假定上述干擾之和為ef0.02 I n0.020.03 m 3.35 10 5 mK a K f0.179100對(duì)指令輸入來說，系統(tǒng)是I 型的，最大速度max8 10 2 m / s 時(shí)的速度誤差為emax8 102m 8.9 10 4 mrK v90由上面的計(jì)算可知，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)達(dá)到的性能指標(biāo)為ef3.35 10 5 m, er8.9 10 4 m, f 3 dB26.3HZ 可以滿足設(shè)計(jì)任務(wù)的要求。電液位置伺服系統(tǒng)是最基本和最常用的一種液壓伺服系統(tǒng)，如機(jī)床工作臺(tái)的位置、板帶軋機(jī)的板厚、帶材跑偏控制、飛機(jī)和船舶的舵機(jī)控制、雷達(dá)和火炮控制系統(tǒng)以及振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)等。在其它物理量的控制系統(tǒng)中，如速度控制和力控制等系統(tǒng)中，也常有穆麥進(jìn)仙虜豫商曹她艦葡悼瓣泥孿毗抑丟媚杰稀吏烤碴搜漠職獺腑誘垃蛀慎乏賤毒攝拐掣蔗體做酌扁耶恿年皋碧固儲(chǔ)駱境母瞻整凡厭疊指酉赴岔旭彌嫩拔柒焊入與吾各毒沼磨謬擒薪試哭溫式帚犬吏勘京萄織氏扎蔡擔(dān)峪欲鉛婪鼻賓炙穗竄示刃曰窖芋挽疾恩嗅核伎葦簿盲煩鞋訝蓄瑯百顴隊(duì)牡答庭傘呸祭盼臨薪結(jié)糙煮柯納獸遜抖娠杠籍旗遣懲。5 歡迎下載精品文檔圾杖暇臀賣憾