液压伺服与比例控制系统课件07

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=±（1~2）mm;移动距离L=150mm;导轨摩擦系数mu=0.05;根据同类机组确定系统的性能指标为：系统误差E=±2mm;系统频宽f(-3dB)=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mgdtdvmF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：tv20sin022.0力平衡方成为：1750020cos15400tF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：NF24860smv/0193.0液压动力机构的最大功率点公式为：APFs32AQv031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：24102.9323mPFAs这里参照同类机组，供油压力取40bar。区标准直径后，A=94.25e-4m^2（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*20Ω。当阀工作在Ps=40bar时，空载流量为：min/9.1830LvAQmin/7.231015.3406340LQsmLQ/1032.3min/9.19634025340此时伺服阀的流量增益为:由实测的压力增益曲线Kp=1.613e8Pa/A4、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：AsmIQKv/)/(101.13.032.33300)125056.0*2250(101.12250ssIQ光电检测其和伺服放大器可看成比例环节：KEI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：33410626.115.11025.9415.015.1mLAVtsradmVeAth/6.6542)16.653.026.65(1025.94/12240sssQY（2）、绘制系统方块图系统开环传递函数为：)16.653.026.65)(125056.02250()(2222sssssKsWv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：KAKKKVv118.0/mEy31015.0)/1(22syvKmv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：sradKvh/882244mA21077.1smv/0259.02079067200672000215.00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-4m^3/s。此时算出伺服阀的流量增益为：1.77e-3(m^3/s)/A（3）、系统稳定性和动态特性核验：min/1.26/1035.43400LsmAvQ系统的传递函数为：系统的博德图和阶跃响应曲线如下：)1883.0288)(125056.02250(22)(2222ssssssW压力反馈系数为：PaVmKKAKhVaefp/105.1272忽略粘性摩擦的影响，等效的系统开环传递函数为：)16.657.026.65)(125056.02250(22)(2222ssssssW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-3m^2的系统，液压源的流量为选用16L/min叶片泵满足要求。min/4.12/1007.234LsmAvQms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