大学生军事理论课-大学生军事理论课
研究生课程考核试卷
科
目:
电液伺服控制
教
师
于
今
姓
名:
汶
睿
学
号:
2t
专
业:
机械工程领域
类
别:
专业硕士
上课时间:
2014
年
11
月至
20 15
年
1
月
考
生
成
绩:
卷面成绩
平时成绩
课程综合成绩
阅卷评语:
阅卷教师
(
签名
)
重庆大学研究生院制
关于数控机床工作台位置伺服系统研究
摘
要
本文以数控机床工作台位置液压伺服系统为主要研究对象,
以电液伺服阀和液压马达为 主要
原件对液压伺服装置进行了设计,
推导出了整个系统的数学模型,< /p>
并在
MATLAB
中对电液伺
服控制系统进
行了仿真,
对系统进行了校正,
改善系统性能。
改正后同时运用频 响法对系统
的稳定性、
快速性、
准确性进行了分析, p>
分析结果满足设计要求,
验证了设计方案的可行性,
为下一步
运行调试提供了理论依据。
关键词:
液压;伺服控制; 仿真;
MATLAB
;
Abstract
This
paper
designs
a
CNC
machine
tool
table
positioning
servo
electro-hydraulic
control
device,
and
introduces
the
math
ematical
models
and
the
establishment
of
transfer
function
in
detail,
takes
the
simulation
of
electro- hydraulic
servo
control
system
under
the
circumstances
of
MATLAB
to
determine
the
stability
of
the
system
mission
open-loop
gain.
The
result
of
error
based
on
single
interfere
import-load
capacity
was
analyzed,
which
could
meet
the
requirements
and validates the
design. The work provides guidance for the
debugging
later.
Key
words
:
hydraulic
;
electro-hydraulic
servo
control
;
simulati on
;
MATLAB
I
目录
摘
要
...... .................................................. .................................................. .............................. I
Abstract ..............................
..................................................
..................................................
.... I
1
数控机床工作台位置伺服系统组成及原理
................. .................................................. .... 1
2
电液伺服控制系统建模
......................... .................................................. ............................ 2
3 MATLAB
工具对系统进行特性分析
..... .................................................. .............................. 5
4
结论
.
..... .................................................. .................................................. ............................. 8
参考文献
........................... .................................................. .................................................. .... 9
II
作为控制技术的重要组成部分,液
压伺服系统是液压领域的重要分支
,
其基础为液压流
体力
学、电工电子技术、控制理论及液压传动知识等
.
近年来,由于液压伺服系统与其 他类
型的伺服系统相比,
具有液压元件的功率—质量比和力矩—惯量比< /p>
(
或力—质量比
)
大、
快速
性好、
系统响应快以及液压伺服系统抗负载的刚度大等优点,
广泛 应用于军事和工业生产中。
如机床工作台的位置、带材跑偏控制、板带轧机的板厚、
p>
雷达和火炮控制系统、飞机和船舶
的舵机控制等等。
本文研究 的是一个数控机床工作台位置控制系统,
该系统是电一液位置伺
[1-3
]
服系统,其功能是使输出位移自动跟踪指定数据,实现整个系统的工作要求
1
数控机床工作台位置伺服系统组成及原理
本题所采用的
是阀控液压马达系统,因为系统的控制功率比较小,工作台行程比较大。
阀控液压马达是
一种常用的液压动力元件,
为了分析计算方便,
需要将负载惯性、
负载阻尼、
负载刚度等折算到液压执行元件的输出端,
或相反将液压执行 元件的惯量、
阻尼等折算到负
[3][8]
载端
。本题所采用的是前一种处理方法,折算等效后的阀控液压马达的原理图如图
1< /p>
所
示:
图
1
阀控液压马达原理图
< p>
该数控机床工作台位置控制系统主要是由伺服放大器、
电液伺服阀、
液压马达、
减速齿
轮、
滚珠丝杠和位置传感器组成。 p>
其工作原理是:
当指令装置发出的指令电压信号作用于系
统时
,
工作台便有输出位移,
该位移由传感器检测并转换为反馈电压信号,
< p>使之与指令电压
信号相比较得出偏差电压信号,
此偏差电压信号经伺 服放大器放大后输入到伺服阀,
使伺服
阀产生负载压差作用于液压马达上
,
使输出力向减小误差的方向变化,
直到输出位移经过传
感器后等于指令信号所规定的值为止,
在稳态情况下,
输出位移与偏差信号成比例 。
数控机
床工作台位置控制系统其主要组成与原理如图
2
所示:
1
图
2
数控机床工作台位置系统方框原理图
2
电液伺服控制系统建模
2.1
数学模型推导
2.1.1
电液伺服阀
a
.电液伺服阀传递函数
<
/p>
其中
:X
v
为伺服阀阀芯
位移,
K
sv
为伺服阀增益,
G
sv
为
K
sv
=1
时伺服阀的传递函数。
b
.电液伺服阀的输出方程
采
用四通滑阀,设输入电流为
i
,则电液伺服阀的数学输出方程为
:
其中
:X
v
为电液伺服阀阀芯位移,
K
sc
为电液伺服阀增益,
则
K
sv
=
K
sc
xK
q
,
且
K
q
为电液伺服
阀的流量增益。
c
.电液伺服阀的压力一流量方程
理想零开口阀,
也就是指径向的间隙为零并且工作边是光滑的滑阀。
在讨论这 种滑阀时,
可以不考虑这两方面的影响。
所以当阀芯的位置是阀套的中间 位置时,
相当于关闭了
4
个控
制节流口。
当阀芯左移
X
v
时,
X
v
>0
,此时
当阀芯右移
X
v
时,
X
v
<0
,此时
其中,
q
L
为负载流量,
C
d
为滑阀流量系数,
C
d
< br>=0.62
,
W
为节流口面积梯度,
W=2 *l0
-2
m
,
?
p>
为油液密度,
p
s
为液压源压,
p>
p
L
为负载压。
< br>电液伺服阀的压力一流量方程式线性化
[8]
,可以得到
,
2
2.1.2
液压马达
液压马达的流量连续方程为
可以化简为
其中<
/p>
D
m
为液压马达的排量,
θ
m
为液压马达的转角;
β
e<
/p>
为油液有效体积弹性模型,
V
1
< br>V
2
分别为液压马达进油腔、回油腔容积。
式子中,
推动液压马达运动所需要的流量就是等式右边第一项, p>
总泄漏的流量就是第二
项,总的压缩流量就是第三项。
2.1.3
液压马达和负载的力平衡方程
负载特性将会影 响液压动力元件的动态特性。
其中此系统中的负载力包括弹性力、
惯性
< p>力、弹性阻尼力和其它的任意外负载力。
液压缸的输出力与负载力的平衡方程为
:
<
/p>
J
t
为液压马达和负载折算到马达轴上的
总惯性,
B
m
为液压马达及负载的勃性阻尼系数
,
G
为负载扭转弹簧刚度,
T
L
为作用在马达轴上的任意外负载力矩。
2.1.4
其他环节
a.
伺服变大器
因动态放大系
数很大,可将伺服变压器看成比例环节
[4]
,其输出电流为<
/p>
:
其中:
K
< br>a
为伺服变压器增益。
b.
减速齿轮与滚珠丝杠
液压
执行元件有时通过机械传动装置与负载相连,
如齿轮传动装置、
滚珠丝杠等。 p>
即减
速齿轮与滚珠丝杠是一个机械传动装置,
它们的动态特性 可以忽略,
其传递函数可以用它们
的增益表示
[
5]
。所以,传动齿轮与丝杠的传递函数为
c.
反馈传感器
位置传感器的
动态特性可以加以忽略,
它的传递函数可以用其增益表示,
所以传感器的
方程为:
其中:
fF
为传感器增益;
X
< br>p
为系统输出位移。
3
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