電液位置控制系統(tǒng)設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上電液伺服位置控制系統(tǒng)的設(shè)計與分析 一、系統(tǒng)的設(shè)計要求設(shè)有一數(shù)控機(jī)床工作臺的位置需要連接控制，進(jìn)行電液位置控制系統(tǒng)設(shè)計。其技術(shù)要求為：指令速度信號輸入時引起的速度誤差為： ev5mm干擾輸入引起的位置誤差為： epf = 0.2mm給定設(shè)計參數(shù)為：工作臺質(zhì)量 m1000 kg最大加速度 amax1m/s2最大行程 S50 cm最大速度 v=8cm/s工作臺最大摩擦力 Ff2000N最大切削力 Fc500 N供油壓力 ps6.3MPa反饋傳感器增益 Kf1Vcm二、系統(tǒng)的分析圖1為某數(shù)控機(jī)床工作臺位置伺服系統(tǒng)的系統(tǒng)方框原理圖。由于系統(tǒng)的控制功率較小、工作臺行程較大，所以采

2、用閥控液壓馬達(dá)系統(tǒng)。用液壓馬達(dá)驅(qū)動，通過滾珠絲杠裝置把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)橹本€運(yùn)動。圖1 系統(tǒng)方框圖三、工作臺負(fù)載分析工作臺負(fù)載主要由切削力、摩擦力和慣性力三部分組成。假定系統(tǒng)在所有負(fù)載都存在的條件下工作，則總負(fù)載力為：=3500N （1）四、動力元件參數(shù)選擇（1） 工作臺由液壓馬達(dá)經(jīng)減速器和滾珠絲杠驅(qū)動。根據(jù)力矩平衡方程，減速器輸入軸力矩： （2） 其中：t為絲杠導(dǎo)程；i為減速器傳動比液壓馬達(dá)最大轉(zhuǎn)速為： （3）其中：為工作臺的最大運(yùn)動速度。液壓馬達(dá)所需排量為 （4）其中：為液壓馬達(dá)負(fù)載壓力，一般取，為液壓系統(tǒng)壓力，為液壓馬達(dá)弧度排量。根據(jù)條件：i2，t1.2×m/r，63×10

3、5Pa由式（2）、式（4）計算得：0.8×/rad所以，液壓馬達(dá)負(fù)載流量為： （5）伺服閥壓降為： （6）考慮泄漏等影響， 增大15，。根據(jù)和，查手冊得額定流量 , 選擇液控型變量柱塞泵和電液伺服閥。（2）位移傳感器選用差動式變壓器式，其增益為。放大器采用高輸出阻抗的伺服放大器，放大倍數(shù)待定。五、電液伺服控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)1.系統(tǒng)傳遞函數(shù)及方框圖U1U2_i圖2 系統(tǒng)傳遞函數(shù)方框圖2.各環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)（1）放大器增益為： （7）其中：I為輸出電流；為輸入電壓。（2）電液伺服閥的傳遞函數(shù)由樣本查得為： （8）其中：為伺服閥流量；為伺服閥的流量增益。經(jīng)計算， 額定流量8 L/min的閥在供

4、油壓力63×Pa時，空載流量1.27×/s，所以閥的額定流量增益/4216×/(s·A)。則伺服閥的傳遞函數(shù)為： （9）（3）液壓馬達(dá)負(fù)載的傳遞函數(shù)。由于負(fù)載特性沒有彈性負(fù)載，所以液壓馬達(dá)和負(fù)載的傳遞函數(shù)為： （10）其中：為液壓固有頻率；為液壓阻尼比。 （11）式中：為系統(tǒng)的有效體積彈性模數(shù)；為液壓馬達(dá)的容積；為工作臺質(zhì)量折算到液壓馬達(dá)軸的轉(zhuǎn)動慣量，?？紤]齒輪、絲杠和液壓馬達(dá)的慣量取1.12× kg·，并取液壓馬達(dá)的容積10×，則液壓固有頻率為：=388rad/s （12）假定阻尼比僅由閥的流量壓力系數(shù)產(chǎn)生。零位流量壓力系

5、數(shù)近似計算為： （13）取2.51×m、5×m、1.8×Pa，得：液壓阻尼比為=1.24將、值代入式（10）得： （14）減速齒輪與絲杠的傳遞函數(shù)為： （15）位移傳感器和放大器的動態(tài)特性可以忽略，其傳遞函數(shù)可以用它們的增益表示。傳感器增益為： （16）其中：為反饋電壓信號；為工作臺位移。則伺服系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為： （17）式中：為系統(tǒng)開環(huán)增益。 （18）其中：為放大器增益。一般情況下，取開環(huán)增益90時，由式（18）可得放大器增益為：=0.179 （19） 六、系統(tǒng)仿真分析由以上計算得到傳遞函數(shù)： （20）（1） 通過Simulink仿真，可得到可機(jī)床工作臺液壓

6、伺服系統(tǒng)的仿真模型，如下圖3所示。0.179時， 系統(tǒng)的仿真輸出結(jié)果如下圖3所示。圖3 系統(tǒng)仿真模型圖4系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線從系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線可以看出，系統(tǒng)的階躍響應(yīng)性能優(yōu)良，系統(tǒng)穩(wěn)定性良好，響應(yīng)快速，調(diào)節(jié)時間短。（2）繪制系統(tǒng)的Bode圖，求取系統(tǒng)的幅頻性能指標(biāo)。在matalb中運(yùn)行如下程序：num=90;den=conv(1/ 1/600 1 ,1/ 0.3/388 1 0);h=tf(num,den);margin(h)圖5 系統(tǒng)開環(huán)Bode圖做出90時開環(huán)系統(tǒng)的 Bode圖，如上圖5所示，可以看出：11.6dB、52.8°，相角裕度和幅值裕度為正值，系統(tǒng)是一個穩(wěn)定系統(tǒng)。七、系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析干擾輸入引起的系統(tǒng)的位置誤差是指令速度信號輸入時引起的系統(tǒng)的速度誤差是V是工作臺速度對于干擾來說，系統(tǒng)是0型的。啟動和切削不處于同一動作階段，靜摩擦干擾就不必考慮。伺服放大器的溫度零漂為0.51、伺服閥的零漂和滯環(huán)為12、執(zhí)行元件的不靈敏區(qū)為0.51。假定最大干擾量之和為±2，由此引起的系統(tǒng)的位置誤差±3.35×m。對指令輸入來說，系統(tǒng)是 I型的，最大速度8×m/s 時的速度誤差8.9×m。八、結(jié)