液壓伺服千斤頂系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明書[帶圖紙].doc

-1-目錄1.引言.31.1選題的依據(jù)及課題的意義.31.2國內(nèi)外的研究概況.31.3單片機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況.41.4PID控制算法的發(fā)展概況.61.5設(shè)計(jì)要求及工作內(nèi)容.71.6目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度.72機(jī)械結(jié)構(gòu)與液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì).72.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析.82.2千斤頂零部件分析.102.3油缸與螺紋的校驗(yàn).132.3.1油缸的壁厚校驗(yàn).132.3.2鎖母螺紋牙剪切強(qiáng)度校驗(yàn).132.3.3鎖母螺紋牙的彎曲強(qiáng)度校驗(yàn).142.4液壓系統(tǒng)分析.152.5液壓泵與電動(dòng)機(jī)的選擇.162.6超高壓泵站簡介.173.單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).183.1單片機(jī)的選用及功能介紹.183.2片外存儲(chǔ)器功能簡介.193.3顯示部分設(shè)計(jì).223.4鍵盤部分設(shè)計(jì).253.5交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng).283.5.1交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速原理.283.5.2主電路和逆變電路工作原理.293.5.3變頻與變壓.323.6位移檢測部分的設(shè)計(jì).393.6.1位移檢測傳感器的選用.393.6.2光柵位移傳感器與單片機(jī)的接口設(shè)計(jì).403.7位移傳感器部分的設(shè)計(jì).443.7.1A/D轉(zhuǎn)換器的選擇.443.7.2壓力傳感器與單片機(jī)的接口設(shè)計(jì).48-2-4系統(tǒng)的PID控制算法.494.1PID控制原理.494.2數(shù)字PID控制算法.514.2.1位置式PID控制算法.514.2.2增量式PID控制算法.524.3智能自適應(yīng)PID控制器.535.系統(tǒng)模擬仿真.585.1SIMULINK概述.595.2SIMULINK的窗口和菜單.595.3用SIMUINK創(chuàng)建模型.615.4用SIMULINK進(jìn)行系統(tǒng)仿真與分析.625.4.1建立控制系統(tǒng)模型.625.4.2系統(tǒng)模塊參數(shù)設(shè)置與仿真參數(shù)設(shè)置.635.4.3系統(tǒng)仿真與分析.656.結(jié)論.錯(cuò)誤!未定義書簽。7.致謝.錯(cuò)誤!未定義書簽。8.參考文獻(xiàn).68-3-1.引言1.1選題的依據(jù)及課題的意義隨著現(xiàn)代社會(huì)的不斷發(fā)展，工業(yè)化程度的不斷深入，大尺寸、大重量、不規(guī)則表面的工件越來越多的成為工廠加工的對(duì)象。而在加工過程中如何將這些工件準(zhǔn)確的提升至預(yù)定位置則成為最難解決的問題，這時(shí)傳統(tǒng)的千斤頂和起重機(jī)等設(shè)備就顯示出先天不足的缺陷來。也正是在這種環(huán)境下，同步頂升系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，并在建筑、機(jī)械加工、造船等行業(yè)扮演著越來越重要的角色。同步頂升系統(tǒng)是由控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制多個(gè)千斤頂，使其具備頂升大重量、大體積、復(fù)雜工作表面的工件的能力，并具有同步升降、點(diǎn)動(dòng)升降、連續(xù)升降、側(cè)翻仰俯等功能的機(jī)電一體化設(shè)備。其控制系統(tǒng)可以是微機(jī)、單片機(jī)、可編程控制器等；其動(dòng)力系統(tǒng)有液壓式、氣電式、汽液兩用式等；噸位從幾百公斤到幾千噸不等，主要由動(dòng)力方式和千斤頂?shù)膫€(gè)數(shù)來決定。由于其體積小、承載重、精度高、結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、使用靈活等優(yōu)點(diǎn)被廣泛的用于電力、建筑、機(jī)械制造、礦山、鐵路橋梁、造船等多種行業(yè)中，在設(shè)備安裝、起頂拆卸、靜力壓樁、設(shè)備校調(diào)、基礎(chǔ)沉降等工作崗位發(fā)揮了重要的作用?；趩纹瑱C(jī)控制、液壓傳動(dòng)的四頂頂升系統(tǒng)是較常見的，控制算法較簡單的一種。由于其控制簡便、噸位適中、價(jià)格也很低廉的優(yōu)點(diǎn)使得其在中小企業(yè)、民營單位甚至輕工業(yè)領(lǐng)域都有很高的使用度。其重要性不言而喻，對(duì)其進(jìn)行研究和開發(fā)具有很大的市場空間和實(shí)用價(jià)值。1.2國內(nèi)外的研究概況國外對(duì)同步系統(tǒng)的研究起步較早，基于單片機(jī)控制、液壓傳動(dòng)的四頂頂升系統(tǒng)是較常見的，控制算法較簡單的一種。由于其控制簡便、-4-噸位適中、價(jià)格也很低廉的優(yōu)點(diǎn)使得其在中小企業(yè)、民營單位甚至輕工業(yè)領(lǐng)域都有很高的使用度。美國實(shí)用動(dòng)力ENERPAC是這一行業(yè)的佼佼者，在澳大利亞的昆士蘭州，G&S工程技術(shù)服務(wù)公司就采用了ENERPAC（恩派克）提供的同步頂升液壓系統(tǒng)成功地完成了重達(dá)3500多噸的礦山巨型索斗鏟的頂升，誤差小于0.5mm。在上海因廣場改造而需要整體平移的上海音樂廳使用了ENERPAC公司開發(fā)的一套具有四組共60個(gè)高精度頂升點(diǎn)的計(jì)算機(jī)控制同步頂升和頂推系統(tǒng)，以小于0.2mm的誤差將建筑物同步頂升至預(yù)定高度并順利完成平移任務(wù)。我國在這領(lǐng)域起步雖晚，但發(fā)展迅速，經(jīng)過多年的發(fā)展也獲得了許多曙目的成就，今年（2006年）1月4日，目前世界上最大的閘門葛洲壩1號(hào)船閘重達(dá)200噸、面積相當(dāng)于籃球場大的上游人字閘門安裝就位。此舉標(biāo)志著我國自主研制的第一套大型船閘門同步頂升系統(tǒng)獲得成功。在上海興建的磁懸浮列車的關(guān)鍵基礎(chǔ)部件軌道梁是確保磁懸浮列車快速、平穩(wěn)、安全的重要保證，其加工精度要求非常高，但每段軌道梁長25米，重16噸，對(duì)其進(jìn)行精確升舉困難重重，上海千斤頂廠自主開發(fā)的高精度同步頂升裝置不負(fù)眾望，順利完成任務(wù)，其同步頂升精度0.03mm，達(dá)到國際先進(jìn)水平。我國浙江省海鹽縣有“千斤頂之鄉(xiāng)”的美譽(yù)。在千斤頂和同步系統(tǒng)方面形成規(guī)模化生產(chǎn)，年生產(chǎn)能力達(dá)800萬臺(tái)以上，銷量位居世界前列。1.3單片機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況單片機(jī)，就是單片微型計(jì)算機(jī)的簡稱，又稱微控制器。自上世紀(jì)70年代面世以來不過短短30余年的歷史，但因嵌入式應(yīng)用而得到迅猛的發(fā)展，各種新穎的單片機(jī)層出不窮，令人目不暇接。它具有因體積小、成本低、控制能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，又由于現(xiàn)在開發(fā)環(huán)境的不斷改善，正在以空前的速度迅速取代經(jīng)典電子系統(tǒng)，廣泛的應(yīng)用于家用電器、-5-機(jī)器人、工業(yè)控制單元、儀器儀表、汽車電子系統(tǒng)、金融電子系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)等嵌入式產(chǎn)品中。目前單片機(jī)的種類繁多，世界各國廠商已研制出大約50個(gè)系列、30多個(gè)品種的單片機(jī)產(chǎn)品。與早期經(jīng)典的8位單片機(jī)MCS51相比，無論是頻率、字寬、尋址范圍、集成度等方面都有了巨大的突破。現(xiàn)代科技的發(fā)展使得單片機(jī)的功能正日漸完善:1、單片機(jī)集成越來越多資源，內(nèi)部存儲(chǔ)資源日益豐富，用戶不需要擴(kuò)充資源就可以完成項(xiàng)目開發(fā)，不僅是開發(fā)簡單，產(chǎn)品小巧美觀，同時(shí)系統(tǒng)也更加穩(wěn)定，目前該方向即是發(fā)展為SOC(片上系統(tǒng))。2、單片機(jī)抗干擾能力加強(qiáng)，使的它更加適合工業(yè)控制領(lǐng)域，具有更加廣闊的市場前景。3、單片機(jī)提供在線編程能力，加速了產(chǎn)品的開發(fā)進(jìn)程，為企業(yè)產(chǎn)品上市贏得寶貴時(shí)間。4、在線仿真變的容易。用戶一旦開發(fā)一個(gè)比較大的系統(tǒng)，開發(fā)調(diào)試變的非常復(fù)雜，同時(shí)由于單片機(jī)資源有限，不能象PC一樣直接調(diào)試自己的軟件，于是出現(xiàn)了品種繁多的專業(yè)仿真器，為用戶的開發(fā)提供了強(qiáng)大功能，加速了開發(fā)進(jìn)程，降低了開發(fā)難度。目前還已經(jīng)有公司推出了可以在線調(diào)試的單片機(jī)，使得單片機(jī)系統(tǒng)的調(diào)試與開發(fā)變得更加方便、快速。隨著單片機(jī)的發(fā)展，人們對(duì)事物的要求越來越高，單片機(jī)的應(yīng)用軟件技術(shù)也發(fā)生了巨大的變化，從最初的匯編語言，開始演變到C語言開發(fā)，不但增加了語言的可讀性，結(jié)構(gòu)性，而且對(duì)于跨平臺(tái)的移植也提供了方便，另外一些復(fù)雜的