液压伺服控制技术课程实验指导书

东北林业大学实验指导书液压伺服控制技术课程常同立2012.01.01实验项目一：小正开口四通滑阀流量——压力特性一、实验目的：四通滑阀流量特性描述了阀芯位移、负载压力和负载流量三个参数的变化关系。相对较为难理解，采用计算机软件进行数学公式图示化操作加强理解效果。二、实验内容：小正开口四通滑阀的负载流量公式如下，将其绘制成曲线图。UxpxUUxUpxUpxUxUpxUqvLvvLvLvvLvL11)(1)(1)(11)(三、实验方法用MATLAB/Simulink编写如下程序。%%%%%%%%%%Drawflow-pressurecurvesclearallu=0.06;forxv=[[1-u0.8-u0.6-u0.4-u0.2-uu][u:-0.03:-1*u][-1*u-0.2+u-0.4+u-0.6+u-0.8+u-1+u]]ifxv=0,plps=[-1:0.01:1];ifxv-u=0,ql=(u+xv)*sqrt(1-plps);elseql=(u+xv)*sqrt(1-plps)-(u-xv)*sqrt(1+plps);endplot(plps,ql);holdonelseplps=[-1:0.01:1];ifu+xv=0,ql=-1*(u-xv)*sqrt(1+plps);elseql=(u+xv)*sqrt(1-plps)-(u-xv)*sqrt(1+plps);endu-xvplot(plps,ql);holdonendxv;endgridon;ylabel('qL'),xlabel('PL'),%%%%%%%%%%四、实验结果运行计算机程序，观察分析结果。如果运行结果与理论预期不符，检查计算机程序。如果运行结果与理论预期一致，采用屏幕拷贝，粘贴到“画图”程序中。在画图程序中，选取需要图形区域，复制粘贴到实验报告中。实验项目二：机液伺服系统分析一、实验目的：1）学习Simulink软件分析液压控制系统方法；2）理解和掌握机液伺服系统分析方法。二、实验内容：用仿真方法完成以下内容。中文参考书思考题6–8某仿形车床的仿形刀架如习图6.1所示，它由控制四通滑阀、对称液压缸和反馈结构组成。对称缸的活塞杆固定，缸筒与控制滑阀体连接成一个整体。反馈杆一端铰接在缸筒上，另一端是触头与靠模（样板）接触。中部通连杆与阀芯连接。部分技术数据如下：刀架最大位移maxy0.11m，刀架移动速度v0.002m/s，切削阻力LF4000N，折算到活塞杆总质量m20kg，活塞有效面积cA0.004m2，粘性阻力系数cB0.06Ns/m，工件、刀具和刀架系统（负载系统）弹簧刚度K4×107N/m，伺服阀面积梯度W0.094m，伺服阀径向间隙rc6×10-7m，伺服阀阀口流量系数dC0.62，供油压力sp2Mpa，工作液密度900kg/m3，工作液体积弹性模量e700Mpa，工作液动力粘度0.014Ns/m2，反馈机构ba/1。要求：分析控制系统稳定性。习图6.1三、实验方法实验用Simulink程序编写参考下面例子。[示例]用Simulink作为工具，通过绘制伯德图设计该滞后补偿控制器。图8.34系统方块图建立图8.34系统的开环系统的Simulink模型，如图8.35中的模型a。绘制该模型的伯德图，调整电子伺服放大器增益aK，相对稳定性满足增益裕量要求，例如选择0018.0aK，绘制伯德图见图8.36中的曲线a。取2.0，5.4，建立补偿器的Simulink模型，如图8.35中的模型b。绘制该模型的伯德图，见图8.36中的曲线b。可以看出滞后网络是一个低通滤波器。用设计好的滞后校正器，建立校正后的图8.34系统的开环系统的Simulink模型，如图8.35中的模型c。绘制该模型的伯德图，调整电子伺服放大器增益aK，相对稳定性满足增益裕量要求，例如选择008.0aK，绘制伯德图见图8.36中的曲线c。图8.35Simulink模型滞后校正的主要作用是在保证系统的稳定性的条件下，通过提高低频段增益，减小系统的稳态误差，或者在保证系统稳态精度的条件下，通过降低系统高频段的增益，以保证系统的稳定性。四、实验结果运行计算机程序，观察分析结果。如果运行结果与理论预期不符，检查计算机程序。如果运行结果与理论预期一致，采用屏幕拷贝，粘贴到“画图”程序中。在画图程序中，选取需要图形区域，复制粘贴到实验报告中。实验项目三：电液伺服系统分析一、实验目的：1）学习MATLAB软件分析液压控制系统方法；2）理解和掌握电液伺服系统分析方法。二、实验内容：用仿真方法完成以下内容。中文参考书思考题8–5分析习图8.1所示系统的稳定性，求出系统穿越频率与稳定裕度。习图8.1电液位置伺服控制系统8–6用计算机软件分析习图8.2所示系统，绘制系统开环伯德图和系统闭环伯德图，并将其与图8.27对比，分析伺服放大器动态是否可以忽略？反馈传感器与放大器动态是否可以忽略？习图8.2泵控马达电液位置伺服系统8–7分析习图8.3所示系统的稳定性，求出系统穿越频率与稳定裕度。习图8.3电液位置伺服控制系统8–8分析习图8.4所示系统的稳定性，是否需要进行系统校正，如何进行校正？习图8.4电液速度伺服系统三、实验方法实验用MATLAB程序编写参考下面例子。[示例]在MATLAB环境中运行这个程序可以自动绘制系统开环伯德图和系统闭环伯德图。查看系统开环伯德图，依据稳定裕度一般要求，选取300pK，绘制系统开环伯德图和系统闭环伯德图见图8.27。图8.26阀控马达系统%===========================%Frequencyanalysisexample%---------------------------clearall%createsAmplifiermodelnum_amp=[300*1e-3];%numerator(s)den_amp=[0.0011];%denominator(s)sys_amp=tf(num_amp,den_amp);%createstransferfunctionmodel%%createsServovalvemodelnum_sv=[0.018];den_sv=[(1/300^2)(2*0.6/300)1];sys_sv=tf(num_sv,den_sv);%%createsHydraulicpowerelementmodelnum_hpe=[1/1.2e-4];den_hpe=[(1/200^2)(2*0.2/200)10];sys_hpe=tf(num_hpe,den_hpe);%createsForwardpathmodelsys_fp=sys_amp*sys_sv*sys_hpe;%%createsFeedbackamplifiermodelnum_fb=[1];den_fb=[0.0011];sys_fb=tf(num_fb,den_fb);%%createsSimulationmodelsys_open_loop=sys_fp*sys_fb;%openloopsystemmodel%sys_closed_loop=feedback(sys_fp,sys_fb,-1);%closedloopsystemmodel%%Bodediagramdrawing;w=logspace(-1,5,1000);%generates1000pointsbetweendecades10^-1and10^5subplot(1,2,1)bode(sys_open_loop,w);%plotBodediagramgridtitle('OpenLoopBodediagram')%subplot(1,2,2)bode(sys_closed_loop,w);%plotBodediagramgridtitle('ClosedLoopBodediagram')%=======================================-400-300-200-1000100Magnitude(dB)100105-720-540-360-1800Phase(deg)-400-300-200-1000100Magnitude(dB)100105-540-360-1800Phase(deg)OpenLoopBodediagramFrequency(rad/sec)ClosedLoopBodediagramFrequency(rad/sec)图8.27MATLAB程序软件绘制伯德图四、实验结果运行计算机程序，观察分析结果。如果运行结果与理论预期不符，检查计算机程序。如果运行结果与理论预期一致，采用屏幕拷贝，粘贴到“画图”程序中。在画图程序中，选取需要图形区域，复制粘贴到实验报告中。