液壓伺服與比例控制系統(tǒng)Chapter7

1、液壓伺服控制系統(tǒng) 多媒體授課系統(tǒng)多媒體授課系統(tǒng)本章摘要 工程上常用頻率法設(shè)計(jì)液壓伺服系統(tǒng)，這是一種工程上常用頻率法設(shè)計(jì)液壓伺服系統(tǒng)，這是一種試探法。根據(jù)技術(shù)要求設(shè)計(jì)出系統(tǒng)以后，需要檢試探法。根據(jù)技術(shù)要求設(shè)計(jì)出系統(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)。如不能查所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是否滿足全部性能指標(biāo)。如不能滿足，可通過調(diào)整參數(shù)或改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)滿足，可通過調(diào)整參數(shù)或改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)( (加校正加校正) )等方法，重復(fù)設(shè)計(jì)過程，直至滿足要求為小。因等方法，重復(fù)設(shè)計(jì)過程，直至滿足要求為小。因?yàn)樵O(shè)計(jì)是試探件的，所以設(shè)計(jì)方法具有較大的靈為設(shè)計(jì)是試探件的，所以設(shè)計(jì)方法具有較大的靈活性?；钚浴?7.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)要設(shè)

2、計(jì)步驟系統(tǒng)簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)步驟1、明確設(shè)計(jì)要求根據(jù)用戶要求和系統(tǒng)工作條件，分析設(shè)計(jì)任務(wù)，確定技術(shù)指標(biāo)。系統(tǒng)的要求和條件包括：（1）、系統(tǒng)用途，適用范圍；（2）、負(fù)載工況，負(fù)載形式，最大速度和加速度；（3）、工作條件：環(huán)境條件，外形、重量要求等；（4）、其他要求：成本、可靠性、電源等。性能指標(biāo)包括：（1）、精度：靜差，穩(wěn)態(tài)誤差。（2）、動(dòng)態(tài)品質(zhì)：穩(wěn)定性幅值裕量和相角裕量；快速性頻寬；過渡過程品質(zhì)超調(diào)，過度時(shí)間和振蕩次數(shù)。 2、方案選擇選擇合理控制方案，擬定大體結(jié)構(gòu)，繪制系統(tǒng)原理方塊圖；3、靜態(tài)計(jì)算根據(jù)系統(tǒng)要求和負(fù)載條件，選擇動(dòng)力機(jī)構(gòu)的形式和參數(shù)。（1）、確定供油壓力；（2）、通過負(fù)載軌跡，求驅(qū)動(dòng)力機(jī)構(gòu)的

3、匹配參數(shù)；（3）、選擇伺服閥，根據(jù)系統(tǒng)的工作狀態(tài)及精度要求，確定系統(tǒng)的開環(huán)增益，選擇傳感器、放大器和其他元件；4、動(dòng)態(tài)分析計(jì)算。（1）、列出各元件運(yùn)動(dòng)方程，求傳遞函數(shù)；。（2）、繪出系統(tǒng)方塊圖、開環(huán)和閉環(huán)頻率特性，分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性，校核系統(tǒng)的頻寬和峰值；（3）、通過仿真分析系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)指標(biāo)。5、誤差分析與計(jì)算計(jì)算各項(xiàng)穩(wěn)態(tài)誤差及靜差，校核系統(tǒng)精度指標(biāo)。6、修改設(shè)計(jì)如果系統(tǒng)精度或動(dòng)態(tài)品質(zhì)不滿足要求，修改動(dòng)力機(jī)構(gòu)參數(shù)，確定校核方案，重復(fù)3，4，5步驟，直到滿足為止。7、選擇液壓源確定液壓能源的形式和參數(shù)，選擇輔助設(shè)備。8、調(diào)試與實(shí)驗(yàn)進(jìn)行原理和模擬試驗(yàn)，也可以通過實(shí)物實(shí)驗(yàn)、半實(shí)物半模擬實(shí)驗(yàn)。7.2 設(shè)

4、計(jì)舉例設(shè)計(jì)舉例帶鋼卷曲機(jī)跑偏控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)組的最大卷曲速度 v=5m/s;最大剛卷質(zhì)量 m1=15000kg;卷曲機(jī)移動(dòng)部分質(zhì)量 m2=20000kg;卷曲誤差 E=（12）mm;移動(dòng)距離 L=150mm;導(dǎo)軌摩擦系數(shù) mu=0.05;根據(jù)同類機(jī)組確定系統(tǒng)的性能指標(biāo)為：系統(tǒng)誤差 E=20rad/s;最大工作速度 vm=2.2e-2m/s;最大加速度 am=0.47m/s2;1、設(shè)計(jì)要求：2、方案選擇采用電液伺服閥、液壓缸、放大器、光電檢測(cè)元件組成系統(tǒng)。3、靜態(tài)計(jì)算（1）、根據(jù)負(fù)載軌跡和負(fù)載工況確定A、Q0mgdtdvmF橫向移動(dòng)速度信號(hào)可用幅值為最大工作速度、頻率為系統(tǒng)頻寬的正弦信號(hào)來近似：t

5、v20sin022. 0力平衡方成為：1750020cos15400tF最大負(fù)載力為：32900N； 最大負(fù)載速度：0.022m/s找閥控缸動(dòng)力機(jī)構(gòu)的輸出特性與該負(fù)載軌跡相切，并使兩者的最大功率點(diǎn)盡量靠近，負(fù)載軌跡的最大功率點(diǎn)可通過求導(dǎo)數(shù)并令其為零求得，其值為：NF24860smv/0193. 0液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)的最大功率點(diǎn)公式為：APFs32AQv031是動(dòng)力機(jī)構(gòu)和負(fù)載軌跡點(diǎn)相重合，并認(rèn)為他們?cè)谠擖c(diǎn)相切，則A，Q0分別為：24102 .9323mPFAs這里參照同類機(jī)組，供油壓力取40bar。區(qū)標(biāo)準(zhǔn)直徑后，A=94.25e-4 m2（2）、選取伺服閥選取Ps=63bar的DYC系列兩級(jí)滑閥式電液

6、伺服閥，其空載流量：選擇DYC系列供油壓力為Ps=63bar時(shí)，額定空載流量為25L/min伺服閥可以滿足要求。該伺服閥的額定電流I0=300mA，控制繞組電阻為2*20。當(dāng)閥工作在Ps=40bar時(shí)，空載流量為：min/9 .1830LvAQmin/7 .231015. 3406340LQsmLQ/1032. 3min/9 .19634025340此時(shí)伺服閥的流量增益為:由實(shí)測(cè)的壓力增益曲線Kp=1.613e8Pa/A4、動(dòng)態(tài)分析與計(jì)算（1）、求取各元件的傳遞函數(shù)伺服閥的傳遞函數(shù)由實(shí)測(cè)頻率特性，經(jīng)曲線擬合得：AsmIQKv/ )/(101 . 13 . 032. 33300) 125056.

7、 0*2250(101 . 12250ssIQ光電檢測(cè)其和伺服放大器可看成比例環(huán)節(jié)：KEI增益K可通過改變伺服放大器的增益在較寬的范圍內(nèi)調(diào)整。計(jì)算液壓缸的容積時(shí)，考慮到管道容積，加上系數(shù)：由于被控質(zhì)量大，動(dòng)力機(jī)構(gòu)的阻尼主要由摩擦提供，根據(jù)同類機(jī)型阻尼比取0.3，動(dòng)力機(jī)構(gòu)的傳遞函數(shù)為：33410626. 115. 11025.9415. 015. 1mLAVtsradmVeAth/6 .6542) 16 .653 . 026 .65(1025.94/12240sssQY（2）、繪制系統(tǒng)方塊圖系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為：) 16 .653 . 026 .65)(125056. 02250()(2222ss

8、sssKsWv式中：Kv為速度放大系數(shù)（3）、根據(jù)系統(tǒng)精度或頻寬要求初步確定開環(huán)增益:該系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差主要是速度和架速度信號(hào)引起的位置誤差，其中速度引起的誤差所占比重較大，考慮到其他因素的影響，進(jìn)行誤差分配并留有一定余量，所以暫定允許誤差為：系統(tǒng)的開環(huán)增益為：KAKKKVv118. 0/mEy31015 . 0)/1 (22syvKmv對(duì)上述系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析：5、修改動(dòng)力機(jī)構(gòu)參數(shù)，改善系統(tǒng)性能（1）、確定活塞面積系統(tǒng)不加校正，為保證增益和足夠的穩(wěn)定裕量，至少應(yīng)有：用要求的Wh反算液壓缸面積，考慮標(biāo)準(zhǔn)直徑d=150mm后：這樣就重新確立一組動(dòng)力機(jī)構(gòu)參數(shù)。（2）、重新選擇伺服閥，選定點(diǎn)為（F=20

9、790, v=0.216)，則拋物線與縱坐標(biāo)軸的交點(diǎn)：sradKvh/882244mA21077. 1smv/0259. 02079067200672000215. 00伺服閥的空載流量為：仍取Ps=63barDYC系列伺服閥，當(dāng)Ps=63bar時(shí)，伺服閥的空載流量Q0=32.75L/min。選額定空載流量為40L/min的伺服閥，當(dāng)伺服閥用在Ps=40bar時(shí)，所具有的空載流量為Q0=31.87L/min=5.3e-4m3/s。此時(shí)算出伺服閥的流量增益為：1.77e-3(m3/s)/A（3）、系統(tǒng)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)特性核驗(yàn)：min/1 .26/1035. 43400LsmAvQ系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：系統(tǒng)的博德圖和階躍響應(yīng)曲線如下：) 1883 . 0288)(125056. 02250(22)(2222ssssssW壓力反饋系數(shù)為：PaVmKKAKhVaefp/105 . 1272忽略粘性摩擦的影響，等效的系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為：) 16 .657 . 026 .65)(125056. 02250(22)(2222ssssssW系統(tǒng)的博德圖和階躍響應(yīng)曲線如下： 7、液壓能源參數(shù)選擇對(duì)A=9.24e-3m2的系統(tǒng)，液壓源的流量為選用16L/min葉片泵滿足要求。min/4 .12/1007. 234LsmA