液壓伺服千斤頂系統(tǒng)設計說明書[帶圖紙].doc

-1-目錄1.引言.31.1選題的依據(jù)及課題的意義.31.2國內外的研究概況.31.3單片機控制系統(tǒng)的發(fā)展概況.41.4PID控制算法的發(fā)展概況.61.5設計要求及工作內容.71.6目標、主要特色及工作進度.72機械結構與液壓傳動系統(tǒng)設計.72.1系統(tǒng)結構分析.82.2千斤頂零部件分析.102.3油缸與螺紋的校驗.132.3.1油缸的壁厚校驗.132.3.2鎖母螺紋牙剪切強度校驗.132.3.3鎖母螺紋牙的彎曲強度校驗.142.4液壓系統(tǒng)分析.152.5液壓泵與電動機的選擇.162.6超高壓泵站簡介.173.單片機控制系統(tǒng)設計.183.1單片機的選用及功能介紹.183.2片外存儲器功能簡介.193.3顯示部分設計.223.4鍵盤部分設計.253.5交流異步電動機變頻調速系統(tǒng).283.5.1交流異步電動機變頻調速原理.283.5.2主電路和逆變電路工作原理.293.5.3變頻與變壓.323.6位移檢測部分的設計.393.6.1位移檢測傳感器的選用.393.6.2光柵位移傳感器與單片機的接口設計.403.7位移傳感器部分的設計.443.7.1A/D轉換器的選擇.443.7.2壓力傳感器與單片機的接口設計.48-2-4系統(tǒng)的PID控制算法.494.1PID控制原理.494.2數(shù)字PID控制算法.514.2.1位置式PID控制算法.514.2.2增量式PID控制算法.524.3智能自適應PID控制器.535.系統(tǒng)模擬仿真.585.1SIMULINK概述.595.2SIMULINK的窗口和菜單.595.3用SIMUINK創(chuàng)建模型.615.4用SIMULINK進行系統(tǒng)仿真與分析.625.4.1建立控制系統(tǒng)模型.625.4.2系統(tǒng)模塊參數(shù)設置與仿真參數(shù)設置.635.4.3系統(tǒng)仿真與分析.656.結論.錯誤!未定義書簽。7.致謝.錯誤!未定義書簽。8.參考文獻.68-3-1.引言1.1選題的依據(jù)及課題的意義隨著現(xiàn)代社會的不斷發(fā)展，工業(yè)化程度的不斷深入，大尺寸、大重量、不規(guī)則表面的工件越來越多的成為工廠加工的對象。而在加工過程中如何將這些工件準確的提升至預定位置則成為最難解決的問題，這時傳統(tǒng)的千斤頂和起重機等設備就顯示出先天不足的缺陷來。也正是在這種環(huán)境下，同步頂升系統(tǒng)應運而生，并在建筑、機械加工、造船等行業(yè)扮演著越來越重要的角色。同步頂升系統(tǒng)是由控制系統(tǒng)協(xié)調控制多個千斤頂，使其具備頂升大重量、大體積、復雜工作表面的工件的能力，并具有同步升降、點動升降、連續(xù)升降、側翻仰俯等功能的機電一體化設備。其控制系統(tǒng)可以是微機、單片機、可編程控制器等；其動力系統(tǒng)有液壓式、氣電式、汽液兩用式等；噸位從幾百公斤到幾千噸不等，主要由動力方式和千斤頂?shù)膫€數(shù)來決定。由于其體積小、承載重、精度高、結構簡單、控制方便、使用靈活等優(yōu)點被廣泛的用于電力、建筑、機械制造、礦山、鐵路橋梁、造船等多種行業(yè)中，在設備安裝、起頂拆卸、靜力壓樁、設備校調、基礎沉降等工作崗位發(fā)揮了重要的作用?；趩纹瑱C控制、液壓傳動的四頂頂升系統(tǒng)是較常見的，控制算法較簡單的一種。由于其控制簡便、噸位適中、價格也很低廉的優(yōu)點使得其在中小企業(yè)、民營單位甚至輕工業(yè)領域都有很高的使用度。其重要性不言而喻，對其進行研究和開發(fā)具有很大的市場空間和實用價值。1.2國內外的研究概況國外對同步系統(tǒng)的研究起步較早，基于單片機控制、液壓傳動的四頂頂升系統(tǒng)是較常見的，控制算法較簡單的一種。由于其控制簡便、-4-噸位適中、價格也很低廉的優(yōu)點使得其在中小企業(yè)、民營單位甚至輕工業(yè)領域都有很高的使用度。美國實用動力ENERPAC是這一行業(yè)的佼佼者，在澳大利亞的昆士蘭州，G&S工程技術服務公司就采用了ENERPAC（恩派克）提供的同步頂升液壓系統(tǒng)成功地完成了重達3500多噸的礦山巨型索斗鏟的頂升，誤差小于0.5mm。在上海因廣場改造而需要整體平移的上海音樂廳使用了ENERPAC公司開發(fā)的一套具有四組共60個高精度頂升點的計算機控制同步頂升和頂推系統(tǒng)，以小于0.2mm的誤差將建筑物同步頂升至預定高度并順利完成平移任務。我國在這領域起步雖晚，但發(fā)展迅速，經過多年的發(fā)展也獲得了許多曙目的成就，今年（2006年）1月4日，目前世界上最大的閘門葛洲壩1號船閘重達200噸、面積相當于籃球場大的上游人字閘門安裝就位。此舉標志著我國自主研制的第一套大型船閘門同步頂升系統(tǒng)獲得成功。在上海興建的磁懸浮列車的關鍵基礎部件軌道梁是確保磁懸浮列車快速、平穩(wěn)、安全的重要保證，其加工精度要求非常高，但每段軌道梁長25米，重16噸，對其進行精確升舉困難重重，上海千斤頂廠自主開發(fā)的高精度同步頂升裝置不負眾望，順利完成任務，其同步頂升精度0.03mm，達到國際先進水平。我國浙江省海鹽縣有“千斤頂之鄉(xiāng)”的美譽。在千斤頂和同步系統(tǒng)方面形成規(guī)模化生產，年生產能力達800萬臺以上，銷量位居世界前列。1.3單片機控制系統(tǒng)的發(fā)展概況單片機，就是單片微型計算機的簡稱，又稱微控制器。自上世紀70年代面世以來不過短短30余年的歷史，但因嵌入式應用而得到迅猛的發(fā)展，各種新穎的單片機層出不窮，令人目不暇接。它具有因體積小、成本低、控制能力強等優(yōu)點，又由于現(xiàn)在開發(fā)環(huán)境的不斷改善，正在以空前的速度迅速取代經典電子系統(tǒng)，廣泛的應用于家用電器、-5-機器人、工業(yè)控制單元、儀器儀表、汽車電子系統(tǒng)、金融電子系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)等嵌入式產品中。目前單片機的種類繁多，世界各國廠商已研制出大約50個系列、30多個品種的單片機產品。與早期經典的8位單片機MCS51相比，無論是頻率、字寬、尋址范圍、集成度等方面都有了巨大的突破。現(xiàn)代科技的發(fā)展使得單片機的功能正日漸完善:1、單片機集成越來越多資源，內部存儲資源日益豐富，用戶不需要擴充資源就可以完成項目開發(fā)，不僅是開發(fā)簡單，產品小巧美觀，同時系統(tǒng)也更加穩(wěn)定，目前該方向即是發(fā)展為SOC(片上系統(tǒng))。2、單片機抗干擾能力加強，使的它更加適合工業(yè)控制領域，具有更加廣闊的市場前景。3、單片機提供在線編程能力，加速了產品的開發(fā)進程，為企業(yè)產品上市贏得寶貴時間。4、在線仿真變的容易。用戶一旦開發(fā)一個比較大的系統(tǒng)，開發(fā)調試變的非常復雜，同時由于單片機資源有限，不能象PC一樣直接調試自己的軟件，于是出現(xiàn)了品種繁多的專業(yè)仿真器，為用戶的開發(fā)提供了強大功能，加速了開發(fā)進程，降低了開發(fā)難度。目前還已經有公司推出了可以在線調試的單片機，使得單片機系統(tǒng)的調試與開發(fā)變得更加方便、快速。隨著單片機的發(fā)展，人們對事物的要求越來越高，單片機的應用軟件技術也發(fā)生了巨大的變化，從最初的匯編語言，開始演變到C語言開發(fā)，不但增加了語言的可讀性，結構性，而且對于跨平臺的移植也提供了方便，另外一些復雜的