液压伺服与比例控制系统 ppt课件.ppt
第7章 电液伺服系统的设计和应用,液压伺服控制系统 多媒体授课系统,第7章 电液伺服系统的设计和应用,本章摘要 工程上常用频率法设计液压伺服系统，这是一种试探法。根据技术要求设计出系统以后，需要检查所设计的系统是否满足全部性能指标。如不能满足，可通过调整参数或改变系统结构(加校正)等方法，重复设计过程，直至满足要求为小。因为设计是试探件的，所以设计方法具有较大的灵活性。,7.1 系统简要设计步骤,1、明确设计要求根据用户要求和系统工作条件，分析设计任务，确定技术指标。系统的要求和条件包括：（1）、系统用途，适用范围；（2）、负载工况，负载形式，最大速度和加速度；（3）、工作条件：环境条件，外形、重量要求等；（4）、其他要求：成本、可靠性、电源等。性能指标包括：（1）、精度：静差，稳态误差。（2）、动态品质：稳定性幅值裕量和相角裕量；快速性频宽；过渡过程品质超调，过度时间和振荡次数。,2、方案选择选择合理控制方案，拟定大体结构，绘制系统原理方块图；3、静态计算根据系统要求和负载条件，选择动力机构的形式和参数。（1）、确定供油压力；（2）、通过负载轨迹，求驱动力机构的匹配参数；（3）、选择伺服阀，根据系统的工作状态及精度要求，确定系统的开环增益，选择传感器、放大器和其他元件；4、动态分析计算。（1）、列出各元件运动方程，求传递函数；。（2）、绘出系统方块图、开环和闭环频率特性，分析系统的稳定性，校核系统的频宽和峰值；（3）、通过仿真分析系统动态品质指标。,5、误差分析与计算计算各项稳态误差及静差，校核系统精度指标。6、修改设计如果系统精度或动态品质不满足要求，修改动力机构参数，确定校核方案，重复3，4，5步骤，直到满足为止。7、选择液压源确定液压能源的形式和参数，选择辅助设备。8、调试与实验进行原理和模拟试验，也可以通过实物实验、半实物半模拟实验。,7.2 设计举例,带钢卷曲机跑偏控制系统设计,机组的最大卷曲速度 v=5m/s;最大刚卷质量 m1=15000kg;卷曲机移动部分质量 m2=20000kg;卷曲误差 E=20rad/s;最大工作速度 vm=2.2e-2m/s;最大加速度 am=0.47m/s2;,1、设计要求：,2、方案选择,采用电液伺服阀、液压缸、放大器、光电检测元件组成系统。,3、静态计算（1）、根据负载轨迹和负载工况确定A、Q0,横向移动速度信号可用幅值为最大工作速度、频率为系统频宽的正弦信号来近似：,力平衡方成为：,最大负载力为：32900N；最大负载速度：0.022m/s,找阀控缸动力机构的输出特性与该负载轨迹相切，并使两者的最大功率点尽量靠近，负载轨迹的最大功率点可通过求导数并令其为零求得，其值为：,液压动力机构的最大功率点公式为：,是动力机构和负载轨迹点相重合，并认为他们在该点相切，则A，Q0分别为：,这里参照同类机组，供油压力取40bar。区标准直径后，A=94.25e-4 m2,（2）、选取伺服阀选取Ps=63bar的DYC系列两级滑阀式电液伺服阀，其空载流量：,选择DYC系列供油压力为Ps=63bar时，额定空载流量为25L/min伺服阀可以满足要求。该伺服阀的额定电流I0=300mA，控制绕组电阻为2*20。当阀工作在Ps=40bar时，空载流量为：,此时伺服阀的流量增益为:,由实测的压力增益曲线Kp=1.613e8Pa/A,4、动态分析与计算（1）、求取各元件的传递函数伺服阀的传递函数由实测频率特性，经曲线拟合得：,光电检测其和伺服放大器可看成比例环节：,增益K可通过改变伺服放大器的增益在较宽的范围内调整。计算液压缸的容积时，考虑到管道容积，加上系数：,由于被控质量大，动力机构的阻尼主要由摩擦提供，根据同类机型阻尼比取0.3，动力机构的传递函数为：,（2）、绘制系统方块图,系统开环传递函数为：,式中：Kv为速度放大系数,（3）、根据系统精度或频宽要求初步确定开环增益:该系统的稳态误差主要是速度和架速度信号引起的位置误差，其中速度引起的误差所占比重较大，考虑到其他因素的影响，进行误差分配并留有一定余量，所以暂定允许误差为：,系统的开环增益为：,对上述系统进行动态分析：,5、修改动力机构参数，改善系统性能（1）、确定活塞面积系统不加校正，为保证增益和足够的稳定裕量，至少应有：,用要求的Wh反算液压缸面积，考虑标准直径d=150mm后：,这样就重新确立一组动力机构参数。（2）、重新选择伺服阀，选定点为（F=20790,v=0.216)，则抛物线与纵坐标轴的交点：,伺服阀的空载流量为：,仍取Ps=63barDYC系列伺服阀，当Ps=63bar时，伺服阀的空载流量Q0=32.75L/min。选额定空载流量为40L/min的伺服阀，当伺服阀用在Ps=40bar时，所具有的空载流量为Q0=31.87L/min=5.3e-4m3/s。此时算出伺服阀的流量增益为：1.77e-3(m3/s)/A,（3）、系统稳定性和动态特性核验：,系统的传递函数为：,系统的博德图和阶跃响应曲线如下：,压力反馈系数为：,忽略粘性摩擦的影响，等效的系统开环传递函数为：,系统的博德图和阶跃响应曲线如下：,7、液压能源参数选择对A=9.24e-3m2的系统，液压源的流量为,选用16L/min叶片泵满足要求。,1、在确定执行元件主要规格尺寸时，对位置和速度控制系统为什么要限定？在力控制系统是否也受此限制，为什么?2、如何确定伺服阀的规格?3、选择反馈传感器时应注意哪些问题?4、在设计系统时，可采用哪些方法确定系统的开环增益?5、伺服系统对液压能源有哪些要求?如何选择液压伺服系统的液压能源？,思考题,
