机电一体化作业2013机械工程林海滨

中国海洋大学工程学院机械工程研究生课程考核（期末大作业）题目：基于PLC控制的海底管道疲劳试验装置课程名称：机电一体化技术与应用姓名：林海滨学号：21130933003院系：工程学院机电工程系专业：工程热物理时间：2014-06课程成绩：任课老师：谭俊哲目录题目：基于PLC控制的海底管道疲劳实验装置.................................................1摘要..............................................................................................................................ⅠAbstract........................................................................................................................Ⅱ正文................................................................................................................................11前言.....................................................................................................................12系统的机构及设计.............................................................................................22.1结构及主要技术参数.............................................................................22.2液压系统设计.......................................................................................32.3负载特性.................................................................................................43元件的参数计算及选择.....................................................................................63.1电液伺服阀的选择..................................................................................63.2位移传感器的选择..................................................................................93.3系统的安全性措施................................................................................104Simulink仿真校核...........................................................................................104.1建立数学模型........................................................................................104.2系统的信号响应....................................................................................114.3PID校正................................................................................................125PLC控制..........................................................................................................13结论......................................................................................................................14参考文献..............................................................................................................15Ⅰ摘要电液伺服系统具有响应速度快、控制精度高、抗负载的刚度高、控制方式灵活等优点，其应用范围广，特别是在各类环境模拟实验装置，材料实验机等领域应用十分广泛，是目前响应速度和控制精度都很高的一类伺服系统。从研究电液伺服系统经典控制方法到电液伺服控制设计基本上采用基于工作点附近的增量线性化模型系统进行综合与分析，PID控制也因为其控制规律简单和易于理解，受到工程界的普遍欢迎。本轮文通过液压系统模拟海水中管道压力、摆动角速度、管中液体温度的变化，并通过工控机和PLC，实现对各参数的检、调节和控制。实现了液压系统、PLC和上位机的联合工作，对海洋管道做实验，做管道的强度，刚度的校核，从而保证海洋中管道系统的工作安全性和稳定性。所见系统通过传感器与PLC相连，再反应在人机界面上，实现对数据的直观观察和控制，系统采用电液伺服阀控制精度更要高于传统的比例阀，并将系统建模，再用Matlab的Simulink仿真，分析了系统的稳定系和准确性，本系统的作动器摆动角度初选为30度，运动幅度也较小，从而会使系统的误差减小，在通过试验得到的数据进行管道的应力，疲劳等强度校核，这也具有很大的现实应用。关键词：电液伺服；PID控制；液压；PLC；ⅡAbstractElectro-hydraulicservosystemhasafastresponse,highcontrolaccuracy,highrigidityanti-loads,flexiblecontrol,etc.,awiderangeofapplications,especiallyinthefieldofvarioustypesofenvironmentalsimulationequipment,materialtestingmachineiswidelyused,iscurrentlyresponsespeedandcontrolprecisionishighforaclassservosystem.Fromthestudyofclassicalelectro-hydraulicservosystemcontrolmethodtoelectro-hydraulicservocontroldesignisessentiallybasedontheworkcarriedoutusingapointneartheincrementallinearmodelofsystemintegrationandanalysis,PIDcontrolbutalsobecauseofitssimpleandeasytounderstandcontrollaw,byengineeringthegenerallywelcomed.Wenroundthroughthehydraulicsystemsimulatedseawaterpipelinepressureswingangularvelocity,tubefluidtemperaturechanges,andthroughIPCandplc,theparameterstoachievetheinspection,regulationandcontrol.Achieveajointworkinghydraulicsystem,PLCandPC,doexperimentsonmarinepipelines,pipelinesdostrength,stiffnessofcheckingtoensurejobsecurityandstabilityofmarinepipelinesystem.Seenbythesensorconnectedtothesystemwithplc,thenthereactioninthehuman-machineinterface,intuitiverealizationofdataobservationandcontrolsystemuseselectro-hydraulicservovalvecontrolaccuracybetterthanconventionalproportionalvalveandsystemmodeling,re-usingMatlabSimulinksimulation,analysisofthesystemandthestabilityofthesystemaccuracy,thesystem'sprimaryactuatorswingangleof30degrees,therangeofmotionisalsosmaller,whichwillmakethesystemerrordecreases,obtainedbythetestdataforstress,fatiguestrengthcheckpipeline,whichalsohasgreatpracticalapplications.Keyword：Electro-hydraulicservohydraulicPLCPIDcontrol1正文1前言液压伺服控制是一门新兴的科学技术，它不但是液压技术的一个重要分支，而且也是控制领域中的一个重要组成部分。早在第一次世界大战前，液压伺服控制己开始用于海军舰艇中，作为操舵装置。但早期的液压伺服控制为机械液压伺服控制，直到40年代在飞机上首先应用了电液伺服系统。但该系统中的滑阀由伺服电动机驱动，由于伺服电动机时间常数较大，限制了电液伺服系统的响应速度。50年代初，出现了快速响应的永磁力矩马达，力矩马达与滑阀结合，形成了电液伺服阀。50年代末，又出现了以喷嘴挡板阀作为第一级的电液伺服阀，进一步提高了电液伺服阀的快速性。60年代，各种结构的电液伺服阀相继出现，其性能日趋完善。由于电液伺服阀和电子技术的发展，使电液伺服系统得到迅速的发展。近几十年来，伺服控制系统逐步向快速、大功率、高精度的方向发展，液压伺服控制所具有的反应快、重量轻、尺寸小及抗负载刚性大等优点，特别受到了重视,液压伺服控制作为一门新兴的技术学科正迅速的发展起来［1］伺服系统具有体积小、重量轻、控制精度高、响应速度快等特点，近几年来，在模拟仿真领域有着广阔的应用。例如采用阀控液压马达的仿真转台比电机驱动的转台具有承载能力大、频响高、调速范围大、电磁干扰小等优点；利用电液伺服系统模拟抽油机运动试验系统，为提高抽油泵效率和节省电能消耗的研究提供了试验手段；用液压摇摆台模拟船舶运动，用来研究某些甲板设备在摇摆状态下的工作性能；电液伺服系统模拟地震振动台广泛的应用于建筑等领域；在其他高技术领域如船舶驾驶模拟系统、地震模拟装置、宇航环境模拟系统