電液伺服控制

1、某工廠數(shù)控加工機(jī)床工作臺(tái)位置控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1.設(shè)計(jì)要求及相關(guān)參數(shù)=1000f = 2000 nfe= 500/vs = 0.5mvmax = 0.08m / 5tzmax =m/s2工作臺(tái)質(zhì)<±0.05m量工作臺(tái)e'. < 1mm最大摩擦力：最大切削力，工作臺(tái)最大行程工作臺(tái)最高速度，工作臺(tái)最大加速度位置誤差，速度誤差.由于工作臺(tái)行程比較大，采用伺服閥控液壓馬達(dá)系統(tǒng)?？刂圃韴D如下：閥控液壓馬達(dá)位置控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2根據(jù)靜態(tài)計(jì)算確定動(dòng)力元件參數(shù)2.1負(fù)載力的轉(zhuǎn)異為了簡(jiǎn)化，在此認(rèn)為摩呻料序離辭翻撼）0,燃f生力按最 大加速度考慮：ps=6 5mpa。假定系統(tǒng)是在最惡劣

2、的負(fù)載條件下工作，則總的負(fù)載力為2.2選擇供油壓初為=22.3計(jì)算液壓馬達(dá)排量設(shè)齒輪減速比，絲杠導(dǎo)程z =則所需液壓馬達(dá)動(dòng)力矩為：tl = f,t/27rn = 3500x0.012/4x3.14 = 3.37v m取，由 = dm = ?x3xgxl-7度排量為£>/?, =37； /2廠、=3x3.3/2x6.5xl06 =8xl(r7m3 / rad液壓馬達(dá)每轉(zhuǎn)排量為 =nv/t = 2x0.08/0.012 = 800r/min 2. 4 確定伺服|1 眼=wnmax =5x10 6 x800/60 = 4l / min液壓馬達(dá)最高轉(zhuǎn)速為v = p, -= ps -7；

3、 / dm = 6.5xio6 -3.3/8x10-7 = 2.lx 106p6z所以負(fù)載流量為ql2, = 4.6l。/minq, p/此時(shí)伺服閥壓降為?？紤]到系統(tǒng)泄漏等的影響，將/=1聯(lián)為!崛i,取ka ，根據(jù)和，額定流量為8l/min的伺服閥滿足要求，選用qdy1-c63伺服閥，額定電流為i=30ma3. 選擇位移傳感器增益，放大器增益待定。4. 計(jì)算系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)參數(shù)因?yàn)樨?fù)載特性為慣性，因此液壓馬達(dá)-傳遞函數(shù)為：1/d工作臺(tái)質(zhì)量折算到液壓馬達(dá)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為:=1 ocma47tn1000x(0.012)4ttx22j = 0.012kg m' = 9.2xl04<zn2考慮到

4、齒輪、絲杠和液壓馬達(dá)木身的質(zhì)量，取,并取液壓馬達(dá)的容積則：_ 4jsed2k _ 4x7000x105x(0.8x10'10x10x0.0012=380ra / s假定阻尼比僅由閥的流量-壓力參數(shù)產(chǎn)生，則阻尼比 pl=2ipstl-零位流量-壓力系數(shù) 可近似計(jì)算，取d: n0.025x(5x川，2 =3>4x,0-12m3/(5ep6/)ro32w32x0.0188xi(r710x108.3.4xl(r12 /7000x105x0.0012 qk =1.2將呀、么代入得:1.25x106s2 2x1.2380"380s + 1)伺服傳遞函數(shù)根據(jù)樣本可知: qn = 8l

5、 / min=6.5xlo6p6/a/ _4+逆川6002 600額定流量雙在鴉娜= 4.2xl(t3m3/(”a)i vz vzz x2 二 8xj6,5x1°s =.3x04m3 / l u 70x105時(shí)，空載流量為所以閥的流量增益 則伺服閥的傳遞函數(shù)為:4.2xl(tiqqv/m位移傳感器和放大器的動(dòng)態(tài)特性可以忽略，其傳遞函數(shù)可以用它們的增益表示，放大器嘴0.0120.001m/減速齒輪與絲杠的傳遞函數(shù)為co0) - 0.025m, rc =5xl06m，w = 0.018p6z根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，可得閥控液壓馬達(dá)系統(tǒng)方框圖如下由方框圖絡(luò)中11m時(shí)的系統(tǒng)開(kāi)環(huán)增益伯德圖（圖三），

6、相位裕蘿51.4°，此時(shí) 增益裕糧= = 券越頻率崎=87.1mtz/j，開(kāi)環(huán)增益所以k. =x 4.2x 10-3 x 1.25 x 106 x 0.0001x100 = 502/0所以放大器的增益為所以系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為:gcv)=94.5,s1 1 1w .y22.4 1x5( hs +1)( h5 + 1)600260038023805穩(wěn)態(tài)誤差的計(jì)算及系統(tǒng)動(dòng)、靜態(tài)性能分析5.1位置誤差對(duì)于位置輸入來(lái)撕#系統(tǒng)時(shí)i型的，因此由位置輸入信號(hào)引起的誤差為0。假定干擾值之和為，由此引起的位置誤差為±22= ±2203 =±34xl0.5/n pf kfk

7、（l 0.18x1005.2速度端差0.08m/$最大速度吋的速度誤差為vmax - *=9.0xl0mvepf 那.4 xsi®'5 m二 0.0009m系統(tǒng)能達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)為，能夠滿足要求，無(wú)需校正。5.3穩(wěn)定性系統(tǒng)的bode圖在mat lab中得到，結(jié)果如圖num=94. 5*0 1;den二conv(l 0,conv(1/6002 1/600 1, 1/3802 2.4/380 1);gks=tf (num, den); bode;4(gp) apnui10o1010frequency irad/sec10.10s9p) sbqdmargin(gks)bode dia

8、gramgm = 11 db (at 228 rad/sec . pm - 51.4 deg (at 87.1 rad/sec)圖三系統(tǒng)開(kāi)環(huán)bode圖由bode圖可知穿越頻率為wc=87. lrad/s,相角裕度丫 =51. 4'系統(tǒng)穩(wěn)定。5.3對(duì)階躍信號(hào)的響應(yīng)特性系統(tǒng)對(duì)階躍信號(hào)的響應(yīng)特性見(jiàn)下圖figure 1|舊 xfile edit vi ew insert tools desktop window helpdd ai o®hs s ibistep responseapnullxua/圖四系統(tǒng)階躍響應(yīng)特性圖從圖中可以看出系統(tǒng)超調(diào)量 = 16% ,調(diào)整時(shí)間ts=0.0&，調(diào)整時(shí)間較小， 響應(yīng)較快，能夠滿足一般的工作要求。6.結(jié)論該數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)位置控制系統(tǒng)能滿足要求，能達(dá)到位置精度，即使實(shí)際情況卜*有誤差，反饋環(huán)節(jié)的存在能夠減小誤差；其次，通過(guò)bode圖可知該系統(tǒng)穩(wěn)定性裕量較大，有較高的穩(wěn)定性，動(dòng)態(tài)響應(yīng)也較快，符合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。參考文獻(xiàn)1王春行.液壓伺服控制系統(tǒng).機(jī)械工業(yè)出版社.20092孫衍石，靳寶全，熊曉燕.電液伺服比例閥控位置控制系統(tǒng)仿真研