軸類零件矯直機(jī)液壓位置伺服控制系統(tǒng)研究

軸類零件矯直機(jī)液壓位置伺服控制系統(tǒng)研究

1軸類零件的模糊性加工軸端零件是最常用的零件，也是最重要的部件。它的精度直接關(guān)系到設(shè)備的性能。在車輛、數(shù)控機(jī)床、建筑工程等機(jī)械中,大量的軸類零件在機(jī)械加工過中,特別是熱處理工藝后,都會產(chǎn)生彎曲變形,軸類零件彎曲變形后嚴(yán)重影響裝配精度、平衡性能,必須對其進(jìn)行矯直。矯直機(jī)主要是針對軸類零件的矯直而設(shè)計的,它是機(jī)械加工過程中保證產(chǎn)品質(zhì)量的一道重要工序。而高精度液壓位置伺服控制是關(guān)鍵技術(shù),液壓位置伺服控制系統(tǒng)的研究為矯直機(jī)的設(shè)計和制造提供了理論依據(jù)。2測量原理及設(shè)計軸類零件矯直機(jī)主要有傳動、檢測、矯直和自動控制四部分組成。傳動部分主要包括頂尖和平臺,頂尖的松開夾緊和平臺左右移動通過同步電機(jī)驅(qū)動絲杠控制。同時,兩頂尖由步進(jìn)電機(jī)帶動旋轉(zhuǎn),以測量軸上不同位置的變形量。測量部分主要包括對變形量的測量以及對壓頭行程的測量,變形量的測量采用高精度的位移傳感器,壓頭行程的測量采用直尺光柵測定。矯直部分由液壓系統(tǒng)完成,矯直壓頭由雙作用液壓缸控制,其工作過程為快進(jìn)、工進(jìn)、保壓和快退。為適合不同直徑的軸,矯直部分采用V型塊結(jié)構(gòu)支承,V型塊的高度可調(diào),在矯直下壓時,活動V型塊能隨軸下降。自動控制部分的功能是協(xié)調(diào)各部分的動作,實現(xiàn)在線測量和自動矯直。矯直系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖見圖1所示。3壓頭控制實現(xiàn)矯直機(jī)采用液壓位置伺服系統(tǒng)控制壓頭行程,具有矯直精度高、矯直次數(shù)少、對零件損傷小等優(yōu)點。矯直機(jī)要求壓頭行程可以實時控制,并且壓頭要求移動平穩(wěn)、定位精度高、各個參數(shù)易于實時反饋等特點。因此,液壓位置伺服系統(tǒng)采用閉環(huán)控制,液壓缸采用閥控雙作用式。矯直機(jī)液壓位置伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型見圖2所示。4該系統(tǒng)的授權(quán)書、修正和模擬4.1液壓位置伺服控制系統(tǒng)模型運用MATLAB中的控制系統(tǒng)工具箱(ControlSystemToolbox)的有關(guān)函數(shù)編程,分別繪制液壓位置伺服控制系統(tǒng)模型的step圖和bode圖,分別見圖3和圖4。程序代碼如下:s=tf(num,den);%原系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)margin(s);%原系統(tǒng)bode圖由圖3StepResponse可知控制系統(tǒng)阻尼近似為1,系統(tǒng)無超調(diào),但是系統(tǒng)響應(yīng)遲鈍,調(diào)節(jié)時間長,快速性差,控制系統(tǒng)需要校正。4.2環(huán)傳遞函數(shù)校正運用MATLAB中的有關(guān)函數(shù)來編寫應(yīng)用程序,對控制系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)進(jìn)行校正。程序代碼如下:kc=12;dPm=35+5;[mag,phase,w]=bode(G0*kc);%相位裕度取值為40;校正后控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型見圖5:4.3階躍響應(yīng)曲線利用simulink中的Editor/Debugger和庫建立仿真數(shù)學(xué)模型如圖6所示,利用示波器(Scope)顯示階躍響應(yīng)曲線,如圖7。然后利用margin函數(shù)得到校正后控制系統(tǒng)的Bode圖,見圖8。由圖3和圖7對比可知,校正后系統(tǒng)的阻尼減小,調(diào)節(jié)時間變短,快速性變好,并且超調(diào)不大,平穩(wěn)性也比較理想,可以滿足矯直機(jī)壓頭定位精度的要求;通過對圖4和圖8進(jìn)行比較可知,相穩(wěn)定裕度和模穩(wěn)定裕度均滿足要求,系統(tǒng)穩(wěn)定裕度大。5系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型矯直機(jī)是一種高精度的自動校直設(shè)備,對液壓位置伺服系統(tǒng)的要求較高。本文建立了液壓系統(tǒng)的數(shù)學(xué)控制模型,運用MATLAB編程對矯直機(jī)液壓控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了分析、校正和仿真,證明液壓位置伺服系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。為實際進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計奠定了堅實的基礎(chǔ),起到了縮短產(chǎn)品設(shè)計周期,降低成本,增加可靠性的作用,為矯直機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計和制造提供了理論依據(jù)。本文作者的創(chuàng)新點:運用MATLAB編寫有關(guān)子程序,與控制系統(tǒng)工具箱(ControlSystemToolbox)的固有仿真函數(shù)結(jié)合,對液壓位置伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了分析、校正、仿真。液壓位置伺服控制系統(tǒng)采用單輸入單輸出的形式,矯直機(jī)壓頭行程采用SGC-5型封閉式光柵尺測量;電液伺服閥的傳遞函數(shù)為;液壓缸-負(fù)載的傳遞函數(shù)為;因此控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)是:。將有關(guān)數(shù)據(jù)帶入上式,整理得到系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為:num=[97004965000993100000];den=[3.7160027920001017000000268400000];sys=feedback(s,1);%原系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)step(sys);%原系統(tǒng)step圖num=[97004965000993100000];den=[3.7160027920001017000000268400000];s1=tf(num,den);%開環(huán)傳遞函數(shù)Mag=20*log10(mag);[Gm,Pm,Wcg,Wcp]=margin(s1*kc);phi=(dPm-Pm)*pi/180;alpha=(1+sin(phi))/(1-sin(phi));Mn=-10*l