液壓系統(tǒng)伺服控制電路的設(shè)計畢業(yè)論文.doc

本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）第1頁共33頁1引言液壓傳動是利用液體的壓力能進(jìn)行能量傳遞、轉(zhuǎn)換和控制的一種傳動形式。作為一門新興的技術(shù)，在20世紀(jì)以后得到了迅速地發(fā)展。它具有可以實(shí)現(xiàn)大范圍無級調(diào)速、相對體積小、重量輕、易于控制等優(yōu)點(diǎn)，在國民經(jīng)濟(jì)中得到了廣泛地應(yīng)用，并具有廣闊的發(fā)展前景。對于液壓伺服系統(tǒng)控制電路的設(shè)計，首先應(yīng)該對液壓伺服系統(tǒng)、閉環(huán)控制技術(shù)以及其中的主要控制組件伺服閥，做具體的了解。1.1液壓伺服系統(tǒng)液壓伺服系統(tǒng)是一種閉環(huán)控制系統(tǒng)，其控制技術(shù)是反饋控制技術(shù)、電子技術(shù)與液壓技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的。液壓伺服系統(tǒng)除了具有液壓傳動的各種優(yōu)點(diǎn)外，還具有反應(yīng)快，系統(tǒng)剛度大和控制精度高等優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛地用于機(jī)床、重型機(jī)械、起重機(jī)械、汽車、飛機(jī)、船舶和軍事裝備等方面1。1.1.1液壓伺服系統(tǒng)的概念及原理伺服系統(tǒng)是一種執(zhí)行組件能以一定的精度自動地按照輸入信號的變化規(guī)律而動作的自動控制系統(tǒng)。凡是采用液壓控制組件，根據(jù)液壓傳動原理建立起來的伺服系統(tǒng)，都叫做液壓伺服系統(tǒng)2。其工作原理是利用反饋得到的偏差信號，控制液壓能源輸入系統(tǒng)的能量（流量和壓力），是系統(tǒng)向著減小偏差的方向變化，從而使系統(tǒng)的實(shí)際輸出與希望值相符。1.1.2液壓伺服系統(tǒng)的組成各種液壓伺服系統(tǒng)均可由下列一些基本原件組成：（1）指令組件。（2）反饋檢測組件。（3）放大、轉(zhuǎn)換、控制組件。（4）比較組件。（5）直接對控制對象起控制作用的組件。（6）控制對象。1.1.3液壓伺服系統(tǒng)的分類（1）按誤差信號的產(chǎn)生和傳遞方式不同分：機(jī)液伺服系統(tǒng)；電液伺服系統(tǒng)；氣液伺服系統(tǒng)。本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）第2頁共33頁（2）按液壓控制組件的不同分：閥控系統(tǒng)（節(jié)流式）；泵控系統(tǒng)（容積式）。（3）按被控物理量不同分：位置伺服系統(tǒng)；速度伺服系統(tǒng)；力（或壓力）伺服系統(tǒng)；其它伺服系統(tǒng)。1.2液壓伺服系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)液壓伺服系統(tǒng)除了具有液壓傳動所固有的一系列顯著優(yōu)點(diǎn)外，還具有系統(tǒng)剛度大、控制精度高、響應(yīng)速度快、能高速啟動、制動和反向等優(yōu)點(diǎn)。因而可組成體積小、重量輕、加速能力強(qiáng)，快速動作和控制精度高的伺服系統(tǒng)，來控制大功率和大負(fù)載。同樣，液壓伺服系統(tǒng)除具有液壓傳動所具有的一些缺點(diǎn)外，還具有其它一些缺點(diǎn)：如它的精密控制組件（如電液伺服閥）加工精度高，因而價格貴；對工作油要求高，工作油的污染對系統(tǒng)可靠性影響較大等3。1.3液壓伺服系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展液壓伺服系統(tǒng)，首先應(yīng)用在武器控制系統(tǒng)中，廣泛應(yīng)用于海陸空軍各個領(lǐng)域。在航天、航空和導(dǎo)彈等控制方面，大量采用液壓伺服控制系統(tǒng)。因?yàn)檫@些控制系統(tǒng)的性能要求很高，快速性能要好，質(zhì)量要輕，而成本等又不是主要考慮的因素，所以，液壓伺服控制技術(shù)在這些部門得到了大量的應(yīng)用和發(fā)展。目前，在飛機(jī)上所有的控制系統(tǒng)和操縱機(jī)構(gòu)幾乎全部采用液壓伺服及液壓傳動機(jī)構(gòu)。在導(dǎo)彈方面，小口徑導(dǎo)彈，由于要求本身質(zhì)量輕，大多采用氣動伺服系統(tǒng)；中程及遠(yuǎn)程導(dǎo)彈的各個控制系統(tǒng)，幾乎都采用液壓伺服系統(tǒng)4。在地面武器方面，由于要跟蹤及掃描航速日益提高的飛機(jī)，早在第二次世界大戰(zhàn)前高射炮就有采用液壓伺服控制系統(tǒng)。目前，由于武器種類越來越多，自動化程度也越來越高，所以，在坦克穩(wěn)定控制、雷達(dá)的搜索跟蹤控制等方面都采用了液壓伺服系統(tǒng)5。在民用工業(yè)方面，如機(jī)床方面的仿形機(jī)床、數(shù)控機(jī)床；船舶上的舵機(jī)操縱和消擺系統(tǒng)；冶煉方面的電爐電極自動升降控制系統(tǒng)；試驗(yàn)裝置方面的振動實(shí)驗(yàn)臺、材料試驗(yàn)機(jī)等；鍛壓設(shè)備中的擠壓機(jī)速度伺服控制，油壓機(jī)的位置同步伺服控制；軋制設(shè)備中的軋機(jī)壓下，帶材連續(xù)生產(chǎn)中的跑偏控制、張力控制；大型車輛的轉(zhuǎn)向助力器等，都應(yīng)用了液壓伺服系統(tǒng)6。由于各行各業(yè)的自動化程度越來越高，機(jī)器設(shè)備的運(yùn)行速度也越來越快，工作精度也越來越高，功率越來越大，所以，液壓伺服系統(tǒng)將越來越廣泛地應(yīng)用到各行各業(yè)。本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）第3頁共33頁液壓伺服控制系統(tǒng)今后的發(fā)展大體可以有以下幾個方面7：（1）高壓大功率。高壓的目的主要是為了減輕系統(tǒng)的重量及結(jié)構(gòu)尺寸，大功率是為了解決大慣量與重負(fù)載的拖動問題（2）高的可靠性。液壓控制設(shè)備一般都是高性能的機(jī)器，對油的污染和溫度變化都很敏感，把這種機(jī)器應(yīng)用于飛行器上，一開始，可靠性就是一個重要課題。為了提高可靠性，除了對機(jī)器本身的研究與改良以及增加監(jiān)測與診斷技術(shù)外，目前還在采用余度技術(shù)與重構(gòu)技術(shù)，采用了三或四通道的余度構(gòu)成系統(tǒng)。（3）理論解析與特性補(bǔ)償。液壓伺服控制的理論解析，在20世紀(jì)50年代與60年代，就伺服系統(tǒng)本身的理論，可以說大體上解決了。近期的研究傾向是利用計算機(jī)對復(fù)雜系統(tǒng)、復(fù)雜因素進(jìn)行仿真分析，其中大量的研究是圍繞動態(tài)特性進(jìn)行的。隨著系統(tǒng)應(yīng)用的目的多樣化，控制對象也越來越復(fù)雜，大慣量、變參數(shù)、非線性及外干擾是經(jīng)常遇到的。要使這些系統(tǒng)具有滿意的性能，必須研究系統(tǒng)的性能補(bǔ)償問題與近代控制策略。（4）同微型機(jī)的結(jié)合。目前液壓控制已從模擬控制轉(zhuǎn)為以微機(jī)控制與數(shù)字控制為主。把微機(jī)放入控制回路之內(nèi)進(jìn)行實(shí)時控制時有很多問題需要研究計算機(jī)速度問題，電液伺服機(jī)構(gòu)如何與計算機(jī)配置的問題以及離散化帶來的一些問題。直接與數(shù)字機(jī)結(jié)合需要發(fā)展液壓數(shù)字技術(shù)，目前已產(chǎn)生了各種形式的數(shù)字閥、數(shù)字缸及高速開關(guān)閥等。電液伺服控制與計算機(jī)的結(jié)合，提供了計算機(jī)創(chuàng)造的全部奇跡與大功率液壓伺服控制之間牢靠的、精確的、高性能的聯(lián)系，產(chǎn)生了各種所謂智能化的電氣液壓伺服控制系統(tǒng)。（5）液壓伺服控制普通的工業(yè)應(yīng)用階段。液壓伺服控制元部件的批量及規(guī)格化生產(chǎn)，降低成本或開發(fā)簡單廉價的各種轉(zhuǎn)換組件、數(shù)字化元部件以及各種抗污染的產(chǎn)品，仍然是今后液壓控制系統(tǒng)設(shè)計的課題。1.4閉環(huán)控制閉環(huán)控制是指控制裝置與被控制對象之間既有正向作用又有反向聯(lián)系的控制工程。閉環(huán)系統(tǒng)需要對輸出量進(jìn)行測量，其結(jié)構(gòu)如圖1-4所示。小功率隨動系統(tǒng)，雷達(dá)自動控制系統(tǒng)等都是典型的閉環(huán)系統(tǒng)。顯然，閉環(huán)系統(tǒng)是反饋系統(tǒng)。反饋按反饋極性的不同分成兩種形式：如反饋使系統(tǒng)偏差增大，稱為正反饋；反之，則稱為負(fù)反饋。本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）第4頁共33頁圖1-1閉環(huán)系統(tǒng)方框圖閉環(huán)控制的特點(diǎn)：（1）輸出影響輸入，因而能削弱或抑制干擾。（2）低精度組件可組成高精度系統(tǒng)。（3）因?yàn)榭赡馨l(fā)生超調(diào)、振蕩，所以穩(wěn)定性問題很重要。由于控制系統(tǒng)的干擾往往是未知的、不可避免的，加之其它原因，所以常見的大多數(shù)系統(tǒng)是閉環(huán)系統(tǒng)8。1.5電液伺服閥輸出量與輸入量成一定函數(shù)關(guān)系并能快速響應(yīng)的液壓控制閥，是液壓伺服系統(tǒng)的重要組件。液壓伺服閥按結(jié)構(gòu)分為滑閥式噴嘴擋板式射流管式射流板式和平板式等；按輸入信號可分為機(jī)液伺服閥電液伺服閥和氣液伺服閥9。電液伺服閥是將電量轉(zhuǎn)變成液壓輸出量的電液轉(zhuǎn)換組件，出現(xiàn)于1940年。到50年代，這種組件的結(jié)構(gòu)趨于成熟。隨著電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，電液伺服系統(tǒng)的性能得到顯著改善，大大優(yōu)于其它的液壓伺服系