某旋壓機(jī)電液伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真-自控課設(shè)-哈工大

1、必粛It密耳學(xué)HarbinInstituteofTechnology課程設(shè)計(jì)說(shuō)陰書(shū)課程名稱：自動(dòng)控制原理設(shè)計(jì)題目:某旅壓機(jī)電液佝服系銃的設(shè)計(jì)與仿真班級(jí)：_設(shè)計(jì)者：-學(xué)號(hào)：-指導(dǎo)老師：王述一設(shè)計(jì)時(shí)間：2013年2月3月哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)姓名:專業(yè):院（系）：英才學(xué)院班號(hào)：任務(wù)起至日期:2013年2月25H至2013年3月20日課程設(shè)計(jì)題目：某旋壓機(jī)電液伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真系統(tǒng)固有傳遞函數(shù)為:0.2125G（S）=s（討設(shè)計(jì)性能指標(biāo)要求：（1）超調(diào)量6,525%（2）調(diào)整時(shí)間ts七：附錄：一：題目要求與背景題目要求W0.05mm；技術(shù)要求：OpW25%；tsW0.25s；速

2、度信號(hào)V二Olin時(shí)，誤差e(t)系統(tǒng)固有傳遞函數(shù)為:0.2125G0（S）=S（+25，S41）題目背景簡(jiǎn)介3電液伺服控制起源于主要在軍事工程領(lǐng)域發(fā)展起來(lái)的電液控制技術(shù)，而電液比例控制技術(shù)，是針對(duì)伺服控制存在的諸如功率損失大、對(duì)油液過(guò)濾要求苛刻、制造和維護(hù)費(fèi)用高。而它提供的快速性在一般工業(yè)設(shè)備中又往往用不著的情況，在近30多年迅速發(fā)展起來(lái)的介于普通通斷開(kāi)關(guān)控制與伺服控制之間的新型電液控制技術(shù)分支。除了模擬式電液比例元件外，早在20世紀(jì)60年代人們就開(kāi)始注意數(shù)字式或脈沖式比例元件的開(kāi)發(fā)。這類元件的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)介質(zhì)污染不敏感，工作可靠，重復(fù)精度高，成批產(chǎn)品的性能一致性好。其主要缺點(diǎn)是由于按載頻原理實(shí)

3、現(xiàn)控制，故控制信號(hào)的頻寬較模擬器件低。數(shù)字式電液比例元件的電一機(jī)械轉(zhuǎn)換器，主要是步進(jìn)馬達(dá)和按脈沖方式工作的動(dòng)鐵式或動(dòng)圈式力馬達(dá)。數(shù)字式電液比例系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)電液數(shù)/模轉(zhuǎn)換系統(tǒng)或載頻調(diào)制系統(tǒng)。其控制分辨精度取決于毎一脈沖的當(dāng)量步長(zhǎng)或調(diào)制精度。最近迅速發(fā)展起來(lái)的高速開(kāi)關(guān)閥，為比例閥的先導(dǎo)控制提供了一種新型的方式。這種閥的重要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)快，目前正擺脫由于工作流量小而僅作為先導(dǎo)控制閥的局面，甚至更大的流量方向?qū)で髢?yōu)化結(jié)構(gòu)。第二次世界大戰(zhàn)后期，由于噴氣式飛機(jī)速度很高，因此對(duì)控制系統(tǒng)的快速性、動(dòng)態(tài)精度和功率一重量比都提出了更高的要求。1940年底，在飛機(jī)上首先出現(xiàn)了電液伺服系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)20余年的

4、發(fā)展，到了20世紀(jì)60年代，各種結(jié)構(gòu)的電液伺服閥相繼問(wèn)世，電液伺服技術(shù)日臻成熟。60年代后期，各類民用工程對(duì)電液控制技術(shù)的需求顯得更加迫切與廣泛。但是,由于傳統(tǒng)的電液伺服閥對(duì)流體介質(zhì)的清潔度要求十分苛刻，制造成本和維護(hù)費(fèi)用比較高昂，系統(tǒng)能耗比較大，難以為各工業(yè)用戶接受。而傳統(tǒng)的電液開(kāi)關(guān)控制（斷通控制）又不能滿足高質(zhì)量控制系統(tǒng)的要求。電液比例控制技術(shù)就是為適應(yīng)開(kāi)發(fā)一種可靠、價(jià)簾、控制精度和響應(yīng)特性均能滿足工程技術(shù)實(shí)際需要的電液控制技術(shù)的要求，從1%0年代末以來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的。與此同時(shí)，還發(fā)展了工業(yè)伺服控制技術(shù)。工業(yè)伺服控制技術(shù)的主要特點(diǎn)是：在高性能伺服閥基礎(chǔ)上，增大電一機(jī)械轉(zhuǎn)換器的輸出功率和適當(dāng)

5、簡(jiǎn)化伺服閥結(jié)構(gòu)，著重改善閥的抗污染性能，并降低制造成本。比例閥則是以傳統(tǒng)的工業(yè)用液壓閥為基礎(chǔ)，采用可靠、價(jià)廉的模擬電一機(jī)械轉(zhuǎn)換器（比例電磁鐵等）和與之相應(yīng)的閥內(nèi)設(shè)計(jì)，從而獲得對(duì)油質(zhì)要求與一般工業(yè)閥相同、閥內(nèi)壓力損失低、性能又能滿足大部分工業(yè)控制要求的比例控制元件。20世紀(jì)90年代中后期，一方面隨著一般工程系統(tǒng)對(duì)閉環(huán)控制要求的升溫，另一方面，客觀上整體機(jī)械加工水平的提高，系統(tǒng)抗污染能力的增強(qiáng)，而對(duì)系統(tǒng)能耗采取了區(qū)別對(duì)待的措施，以及工業(yè)伺服閥對(duì)實(shí)際系統(tǒng)適應(yīng)能力差等，在這樣的背景下，在一般比例技術(shù)與伺服技術(shù)之間，出現(xiàn)了在新的層面上吸收兩者優(yōu)勢(shì)而形成的所謂“伺服比例閥”，也稱“高頻響比例閥”（其頻響比

6、一般比例閥高）、“閉環(huán)比例閥”（由于無(wú)零位死區(qū)，可更方便地用于任何閉環(huán)系統(tǒng)）。伺服比例閥的出現(xiàn)，很快地填補(bǔ)了本來(lái)企圖用工業(yè)伺服閥發(fā)揮作用的中間地帶。這一方面使電液控制系統(tǒng)在不同的三個(gè)層面上，都有相應(yīng)的實(shí)用技術(shù)；另一方面使得不同層面的電液控制技術(shù)，在技術(shù)的交融、整合上跨出了一大步。二：基于頻率響應(yīng)法的設(shè)計(jì)人工設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)滿足穩(wěn)態(tài)誤差要求的未校正系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)頻率特性r心皿V二0.5ni/min已知數(shù)據(jù)（e（t）W0.05mm經(jīng)過(guò)變換，成為國(guó)際單位制V=麗/s,e(t)W0.05X10in若要求V丄P二=120Q気-0.05X10_則需要滿足kvi120A10按性能指標(biāo)要求試取kv二200則:2002G(

7、g宗2X051250由計(jì)算得知，原系統(tǒng)剪切頻率壯0二217rad/s相角裕度%=15.4計(jì)算系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的相角裕度y已知系統(tǒng)要求超調(diào)量%25%由經(jīng)驗(yàn)公式可知：(Jp-0.16+0.4(/z-1);RsinY可求得施一二sin即丫二53.13o計(jì)算系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的剪切頻率肌由于1W姙W1.8,可以使用下述經(jīng)驗(yàn)公式：%二三2十/.炭略-7)+2.%r_刀壽=S求得：Wc=31.81rad為系統(tǒng)設(shè)計(jì)校正環(huán)節(jié)對(duì)比原系統(tǒng)參數(shù)及預(yù)定要求的參數(shù)結(jié)果如下：未經(jīng)校正的系統(tǒng)Wco=217rad/s.仏=15.4系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求即校正后系統(tǒng)（wc-31.81rad/stY二53.13對(duì)比分析得知，此時(shí)的系統(tǒng)是在原系統(tǒng)滿足

8、穩(wěn)態(tài)誤差的設(shè)計(jì)要求后，相角裕度丫不滿足設(shè)計(jì)要求，并且剪切頻率吒遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)要求，因此采用串聯(lián)遲后校正。進(jìn)行校正系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：在必（力，）的相頻特性找出如下頻率：ZG（kjv）180+、+卜二一180+53.13+10=-116.87這一點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的頻率將作為校正后的剪切頻率。在的幅頻特性上找到吒所對(duì)應(yīng)的幅值201gGo3o在Bode圖上找到ZG=116.87處，有wci=35rad/s為使校正后在吒的幅頻特性為OdB,應(yīng)有201ogP=201g|&/eJ|201ogP=15.2求出校正環(huán)節(jié)p=5.7544為了減小串聯(lián)遲后校正對(duì)系統(tǒng)相角裕度的影響，要求校正環(huán)節(jié)處的遲后相移在5-10以下。確定校正環(huán)節(jié)參

9、數(shù)t和T10I=0.2857T=1.644確定串聯(lián)遲后環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為:(200 x(0,28575+1)一0.2125x(1.644$+1)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)被控對(duì)象仿真(ZIn10.21251/62500s3+1022&0自七TensfErFenCZjOut1BodeDiagramGm=61.6dB(at250rad/scc),Pm=90deg(at0.213rad/scc)50101010Frequency(rad/sec)1C2.5009501二3831522對(duì)控制器的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)仿真TasferFenTransferFcr1GZ)258.8945-1-941.176CDOut160T-ran

10、sierForBo-deDiagramGm=Inf,Pm=Inf(署)asEijd5550XE(gsopwu葺30-10-2io110101Frequency(rad/sec102對(duì)校正后開(kāi)環(huán)系統(tǒng)仿真(J3In1268.894S+341.170.21251.*6445+11/*62500s3+1.02/250s2+5&ut1TransferFenTransferFcn1BodeDiagramGm=17.2dB249rad/sec),Pm=77deg35.3rad/s-ec)Frequency(rad/sec)801522mp)US(dQP)9紹Lfiz對(duì)校正后閉環(huán)系統(tǒng)仿真QZIn1268.89i4s*941.1760.21254.6445+41j62500s3*1.Q2j250s2sOut1BodeDiagramGm=15.9dB(at249rad/sec),Pm=153deg(at16.8rad/sec)50i.iisp)Qopn益Es101011021010XFrequency(rad/sec)對(duì)校正系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線：SiepResponseFromIn1To.Ou