液压伺服测控实验装置的研究

论文摘要

随着科学技术的不断发展和进步,液压伺服技术的应用,使得液压伺服控制在自动化领域中占有重要的位置,凡是需要大功率、快速精确反映的控制系统,都已采用了液压伺服控制。因此生产企业对掌握上述技术的高级人才的需求也越来越大,因此为满足对这方面人才的培养,本文研究了有关液压伺服测控实验装置的设计和应用。 本文首先介绍了液压技术特别是液压伺服控制技术在自动控制领域的广泛应用,进而阐述了培养掌握液压伺服技术的人才和开发液压伺服测控实验装置的必要性。 液压伺服测控实验装置主要由液压伺服控制系统和工控机组成。通过液压伺服系统中的伺服阀控制对称缸、伺服阀控制非对称缸、伺服阀控制液压马达三个动力单元等系统,实现开环、闭环、直线运动、旋转运动、线性、非线性、对称、非对称等的控制和对压力、流量、力、位移、角度、扭矩、转速、速度、温度等的检测,此装置可以进行一系列科学实验,可以进行伺服阀及伺服缸的性能检测。本装置中的三个动力单元要求具有相似的动力特性,因此在研究设计三个执行机构时,按照它们应具有相同的频宽进行设计。本文的第一部分从理论上建立了三个动力机构的非线性数学模型,为进行实际设计奠定了理论基础。第二部分建立了适于计算机进行SIMULINK仿真的状态方程,为研究伺服阀控制对称缸、伺服阀控制非对称缸、伺服阀控制液压马达的动态特性及设计提供了有力工具。第三部分进行该装置的总体设计及执行机构规格的设计。首先给定伺服阀控制非对称缸的参数,然后在伺服阀控制非对称缸仿真模型上通过试凑法确定该系统的频宽。因为要求三个动力单元应具有相同的频宽,从而根据频宽相同的原则,在所建立的阀控对称缸和阀控马达的仿真模型中通过选取不同的缸径和活塞杆直径及马达的排量进行试凑,达到与伺服阀控制非对称缸具有相同的频宽。第四部分对以上三个动力机构的输出进行频率特性及阶跃响应分析和对阀控非对称缸进行PID校正,以使该装置具有良好的动态特性和控制精度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 液压伺服测控实验装置简介
• 1.2 液压伺服技术的应用和发展
• 1.3 伺服阀控制液压缸、伺服阀控制液压马达的性能比较
• 1.4 液压控制系统中的非线性问题和线性化分析
• 2 控制系统线性模型建立
• 2.1 阀控液压马达线性模型建立
• 2.1.1 阀控液压马达传递函数
• 2.1.2 传递函数的简化
• 2.1.3 动态特性分析
• 2.2 阀控对称缸线性模型建立
• 2.3 阀控非对称缸线性模型建立
• 2.3.1 阀的负载压力
• 2.3.2 阀的负载流量
• v＞0）时的数学模型'>2.3.3 液压缸活塞杆伸出（x_v＞0）时的数学模型
• v＜0）时的数学模型'>2.3.4 液压缸活塞杆回缩（x_v＜0）时的数学模型
• 3 控制系统状态方程的建立
• 3.1 阀控马达状态方程的建立
• 3.1.1 阀的输出流量方程
• 3.1.2 马达流量平衡方程
• 3.1.3 马达动态力矩平衡方程
• 3.1.4 阀芯位移方程
• 3.2 阀控对称缸状态方程的建立
• 3.2.1 阀的输出流量方程
• 3.2.2 油缸流量平衡方程
• 3.2.3 油缸力平衡方程
• 3.2.4 阀芯位移方程
• 3.3 阀控非对称缸状态方程的建立
• 3.3.1 阀的输出流量方程
• 3.3.2 工作腔连续性方程
• 3.3.3 力平衡方程
• 3.3.4 伺服阀位移方程
• 4 液压伺服测控装置的设计
• 4.1 液压伺服装置的整体设计
• 4.1.1 实验装置液压传动工作原理
• 4.1.2 电液位置伺服控制原理
• 4.1.3 泵站
• 4.1.4 闭环位置伺服控制回路
• 4.2 电液位置伺服系统的设计及仿真
• 4.2.1 MATLAB简介
• 4.2.2 缸和马达的参数的确定
• 4.2.3 该系统所具有的负载能力
• 4.2.4 泵的选取
• 4.2.5 线性模型与非线性模型阶跃响应对比
• 5 电液伺服系统的校正
• 5.1 电液位置伺服系统阀控非对称缸的校正
• 5.2 PID控制器原理
• 5.3 电液位置伺服系统PID校正
• 6 结论
• 参考文献
• 致谢