恒加载水泥强度试验机电液力控制系统计算机仿真 本科毕业论文（设计）

1、本科毕业论文（设计）论文（设计）题目：恒加载水泥强度试验机电液力控制系统计算机仿真学 院：* 专 业： *班 级： * 学 号： * 学生姓名： * 指导教师：* 2009 年6月18日贵州大学本科毕业论文（设计）诚信责任书本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究所完成。毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。特此声明。论文（设计）作者签名： 日 期： 目 录摘 要IVThe computer simulation on constant load cement strength testing machine ele

2、ctro-hydraulic force control systemVAbstractV前 言11 设计目的和意义12 电液伺服控制技术13 系统仿真技术的现状和发展趋势34 设计需要解决的关键问题和解决的办法5第一章 设计依据61.1 设计目的和意义61.2 设计依据61.3 设计参数71.4 设计步骤与进程71.5 设计要求8第二章 液压控制系统系统方案的确定92.1 确定系统的被控制物理量92.2 确定系统采用开环控制还是闭环控制方式92.3 确定系统采用模拟控制还是数字控制系统方式92.4 确定液压控制系统元件的类型及供油方式102.5 确定液压控制系统执行元件的类型102.6 确定

3、检测元件的类型及传动机构的形式102.7 液压系统原理图的拟定11第三章 液压动力元件的设计与伺服阀、伺服放大器及传感器的选择123.1 液压动力元件的基本尺寸的确定123.1.1 选取供油压力 123.2 液压执行元件的基本参数的确定133.3 电液伺服阀的选择153.4 传感器的选择163.5 伺服放大器的选择17第四章 系统的分析18控制基本方程和开环传递函数建立184.1.1 控制基本方程建立184.1.2 液压缸的传递函数建立194.1.3 伺服阀的传递函数建立224.1.4 力传感器的增益的计算234.1.5 系统传递函数的建立23系统性能分析244.2.1 系统稳定性的分析244

4、.2.2 系统快速性的分析274.2.3 系统准确性的分析30第五章 液压源的设计315.1 液压系统原理图的设计与说明315.2 系统性能分析325.3 液压源的形式32液压源的选择32标准液压元件的选择计算33过滤器1的选择34工作主泵2的确定34电动机3的确定34单向阀4的选择34蓄能器5的选择35压力继电器8的选择35电磁溢流阀9的选择355.4.8 冷却器10的计算的选择365.4.9 油箱11的选择365.5 油液温升验算375.6 系统压力损失的验算40第六章 非标准液压元件的设计计算436.1 液压缸的设计计算436.1.1 确定液压缸的类型及安装方式436.1.2 关于缸的相

5、关参数的计算436.2 关于活塞杆的相关参数的计算446.3 活塞杆连接活塞部分直径的确定446.4 非标准液压元件的验算466.4.1 缸筒壁厚的验算466.4.2 活塞杆稳定性验算486.4.3 缸体与缸盖的焊缝强度验算49第七章 结 论50参考文献51致 谢52附 录53恒加载水泥强度试验机电液力控制系统计算机仿真的设计摘 要 本设计结合教学内容，按给定条件和要求设计恒加载水泥强度试验机电液力控制系统，建立系统数学模型，并通过计算机仿真的方法分析系统的动态性能，合理设计参数和调整系统结构，使试验机能自动地、准确地实现对试件平稳加载。在对液压控制系统进行深入分析的同时，完成闭环系统控制回路

6、的设计和运用Matlab软件进行系统仿真，绘出系统执行元件的装配图，并校核其强度。此设计是一个集机械、电子技术、液压技术、传感器技术、仿真技术和控制技术等多门学科为一体的综合性课题，其着重运用本科所学的基本理论、专业知识，并通过控制回路的构建和设计，培养学生的动手能力和创新能力，从而提高学生运用计算机仿真能力和分析与解决工程技术问题的能力。关键字：电液力控制系统 计算机仿真 动态性能 闭环控制回路The computer simulation on constant load cement strength testing machine electro-hydraulic force con

7、trol systemAbstractThis design combines with course content, according to given conditions and design requirements of constant load cement strength testing machine electro-hydraulic force control system, establishes system mathematical model, analyses system dynamic performance with computer simulat

8、ion, designs parameters and adjustment system structure, makes it can automatically, accurately be implemented to specimen stationary loading. When hydraulic control system of deep analysis simultaneous, completes closed-loop system control circuit design and application matlab software of system si

9、mulation, draw system actuator assembly drawing, and check its strength.This design includes mechanical, electronic technology, hydraulic technology, sensor technology, simulation technology, control technology and so on many disciplines to one body comprehensive task, it emphatically application un

10、dergraduate all learning basic theory , professional knowledge, and through control circuit construction and design, training students practical ability and innovation capacity so as to enhance the students of application computer simulation ability and engineering with technology to solve problems.

11、Keywords: Electro-hydraulic force control system, Computer simulation, Dynamic performance, Closed loop control return前 言1 设计目的和意义恒加载水泥强度试验机主要用于对水泥试块作抗压强度测定，试验时，往往加到规定的载荷量值、加载时间或直至结构破坏以测定其强度，验证产品设计及参数计算的正确性，要求加载稳定性好，加载精度高。本课题结合教学内容，要求设计一恒加载水泥强度试验机电液力控制系统，建立系统数学模型，并通过计算机仿真的方法分析系统的动态性能，合理设计参数和调整系统结构，使

12、试验机性能自动地、准确地实现对试件平稳加载。本设计课题结合专业方向和教学内容，对液压控制系统进行深入分析，按给定条件和要求完成液压控制回路的设计和计算机仿真设计，运用Matlab软件进行系统仿真。本课题是一个集机械、电子技术、液压技术、传感器技术、仿真技术和控制技术等多门学科相结合的综合性课题，着重培养学生运用本科所学的基本理论、专业知识，提高分析与解决工程技术问题的能力。并通过实际回路的构建和设计，培养学生的动手能力和创新能力。2 电液伺服控制技术运动控制起源于早期的伺服控制。简单地说，运动控制就是对机械运动部件的位置、速度或力等进行实时的控制管理，使其按照预期的运动轨迹和规定的运动参数进行

13、运动。运动控制技术主要是伴随着数控技术、机器人技术和工厂自动化技术的发展而发展的。电液伺服控制技术的现状及发展趋势。 电液伺服控制技术作为连接现代微电子技术、计算机技术和液压技术的桥梁，已经成为现代控制技术的重要构成。由于它具有线性好、死区小、灵敏度高，动态性能好、响应快、精度高等显著优点，因而得到了广泛的应用。电液运动控制主要是以液压缸、液压马达为执行机构，以比例阀或伺服阀配放大器为功率放大单元，以位置、速度或压力传感器组成信号反馈单元，配以必要的控制单元组成闭环运动控制系统。其广泛应用于包装、印刷、纺织、钢铁和装配工业中。      目前广

14、泛应用的运动控制系统中主要由电伺服 步进电机（以下简称电电机）、电液二种，以电电机应用最为广泛。目前电电机控制主要由伺服电机和步进电机两种主要执行机构（若需直线运动， 可以在机构上加一些装置如滚珠螺杆加以转化），运动控制卡和控制器构成。目前此类系统结构应用较成熟，遍及工业控制的各方面。相比较而言，电液运动控制系统特点鲜明，善于处理以直线运动为主的位置、力控制，但由于应用场合和规模的限制， 在成熟度及系统应用推广等方面较电电机运动控制系统落后，且系统设计复杂，对技术人员要求高，所以，目前国内一些大型的电液自动化设备主要依赖于国外进口。      目前电液运

15、动控制系统大部分器件已经产品化、标准化。如，比例阀、伺服阀有相应的产品系列和相关标准，位移、压力等传感器检测元件各厂家都有通用型可替代产品，伺服缸、液压马达等执行元件都有相关产品系列和标准供选型设计参考。系统设计中需要设计人员关注的是系统的核心液压运动控制器，目前控制器存在多元化、多样化和不通用的特点。电液运动控制器从结构上主要分为以下三大类，1） 基于计算机标准总线的运动控制器；2）Soft 型开放式运动控制器；3） 嵌入式结构的运动控制器。目前国内运动控制系统设计人员设计电液运动控制系统主要针对特定项目，因规模不大数量不多， 系统设计人员首先满足的是系统的功能要求，其次才会考虑系统通用性、

16、可靠性、调试便捷性、操作性能等方面的要求。因此，针对特定项目开发的运动控制系统可移植性差，没有通用性，而且无相关标准约束，不利技术进步，还会带来资源浪费。其存在主要问题是：（1）设计开发周期长，开发出的系统不具备通用性，电液运动控制系统性能不一定能够达到最优化。对机电液运动控制技术的推广帮助不大。（2）系统可靠性不高，通用性不强，造成资源浪费。因此很有必要设计模块化电液运动控制系统，以简化系统设计和调试工作。      电液运动控制系统的未来发展方向将有传统的放大执行单元逐步转变为开放式的模块化系统，参见图1。控制器将有模块化的专用控制器取代目前的几大类

17、控制器，该控制器需有总线接口用于和上位机进行信息交互，开放式的软件结构用于液压系统参数设定和相关运动参数设定，通用电气接口用于调制器、传感器等电气连接。3 系统仿真技术的现状和发展趋势 工程系统的仿真，起源于自动控制技术领域。从最初的简单电子、机械系统，逐步发展到今天涵盖机、电、液、热、气、电、磁等各个专业领域，并且在控制器和执行机构两个方向上飞速发展。控制器的仿真软件，在研究控制策略、控制算法、控制系统的品质方面提供了强大的支持。随着执行机构技术的发展，机、电、液、热、气、磁等驱动技术的进步，以高可靠性、高精度、高反应速度和稳定性为代表的先进特征，将工程系统的执行品质提升到了前所未有的水平。

18、相对控制器本身的发展，凭借新的加工制造技术的支持，执行机构技术的发展更加富于创新和挑战，而对于设计、制造和维护高性能执行机构，以及构建一个包括控制器和执行机构的完整的自动化系统也提出了更高的要求。AMESIM软件正是能够提供平台级仿真技术的工具。从根据用户需求，提供液压、机械、气动等设计分析到复杂系统的全系统分析，到引领协同仿真技术的发展方向，AMESIM的发展轨迹和方向代表了工程系统仿真技术的发展历程和趋势。系统仿真技术发展的现状：工程系统仿真作为虚拟设计技术的一部分，与控制仿真、视景仿真、结构和流体计算仿真、多物理场以及虚拟布置和装配维修等技术一起，在贯穿产品的设计、制造和运行维护改进乃至

19、退役的全寿命周期技术活动中，发挥着重要的作用，同时也在满足越来越高和越来越复杂的要求。因此，工程系统仿真技术也就迅速地发展到了协同仿真阶段。其主要特征表现为：(1)、控制器和被控对象的联合仿真：MATLABAMESIM，可以覆盖整个自动控制系统的全部要求。(2)、 被控对象的多学科、跨专业的联合仿真：AMESIM机构动力学CFDTHERMAL电磁分析(3)、 实时仿真技术实时仿真技术是由仿真软件与仿真机等半实物仿真系统联合实现的，通过物理系统的实时模型来测试成型或者硬件控制器。(4)、 集成进设计平台现代研发制造单位，尤其是设计研发和制造一体化的大型单位，引进PDM/PLM系统已经成为信息化建

20、设的潮流。在复杂的数据管理流程中，系统仿真作为CAE工作的一部分，被要求嵌入流程，与上下游工具配合。(5)、 超越仿真技术本身工程师不必是精通数值算法和仿真技术的专家，而只需要关注自己的专业对象，其他大量的模型建立、算法选择和数据前后处理等工作都交给软件自动完成。这一技术特点极大地提高了仿真的效率，降低了系统仿真技术的应用门槛，避免了因为不了解算法造成的仿真失败。(6)、 构建虚拟产品在通过建立虚拟产品进行开发和优化过程中，关注以各种特征值为代表的系统性能，实现多方案的快速比较。系统仿真技术的发展趋势：(1)、屏弃单专业的仿真单一专业仿真将退出系统设计的领域，专注于单一专业技术的深入发展。作为

21、总体优化的系统级设计分析工具，必要条件之一是跨专业多学科协同仿真。(2)、跟随计算技术的发展随着计算技术在软硬件方面的发展，大型工程软件系统开始有减少模型的简化、减少模型解藕的趋势，力争从模型和算法上保证仿真的准确性。更强更优化的算法，配合专业的库，将提供大型工程对象的系统整体仿真的可能性。在高性能计算方面，将支持包括并行处理、网格计算技术和高速计算系统等技术。(3)、 平台化要求仿真工具能够提供建模、运算、数据处理（包括二次开发后的集成和封装）、数据传递等全部仿真工作流程要求的功能，并且通过数据流集成在更大的PDM/PLM平台上。同时，在时间尺度上支持全开发流程的仿真要求，在空间尺度上支持不

22、同开发团队甚至是交叉型组织架构间的协同工作以及数据的管理。(4)、 整合和细分市场整合化：将出现主流的标准工具。其特征是功能涵盖了现代工业领域的主要系统仿真需求，并与其他主流软件工具通过接口或后台关系数据库级别的数据交互，有协同工作的能力；软件自身的技术进展迅速，具有强大的发展后劲。专业化：随着市场需求的细分，走专业化道路，将出现极专业的工具。这些工具将在某些具体的专业领域提供深入研究的特殊支持，如开发特殊的库或模型，专注于具有鲜明行业特征的技术，满足特殊的行业标准。将出现整合型工具和专业化工具互补的局面。(5)、 智能化将引进更加友好的操作界面，智能化的求解器及模型管理。不断改进GUI，让软

23、件使用者直接体验到数值计算专家开发的后台工具提供的强大功能，同时减少软件学习和使用的困难。提供易学易用的强大工具。 (6)、 丰富的二次开发选项提供源代码级的二次开发支持，开放的架构满足不同用户的专业开发要求。在强大的工具平台上，根据自身的需要，进行二次开发。这已经是目前许多研发单位开发专有技术的标准方式。今后的系统仿真工具必须支持用户在进行二次开发的时候，从源代码级别开始的创新和工程化定制，并能够通过封装集成到原有平台中去。这种技术将成为用户在实现知识和技术组织内共享和传承的同时，保护自身知识产权的必然选择。4 设计需要解决的关键问题和解决的办法利用自己设计的系统建立传递函数，用计算机仿真检

24、验系统的稳定性、快速性和准确性。对于有些需要做对比实验的研究，要列出数种方法，以便寻找最佳的工作方法。到实验室做电液伺服系统实验,初步了解该设计的来龙去脉以及各种影响制约的因素,再将直观的感受提高到理论的高度来分析,找到解决问题的关键所在。建立系统传递函数利用MATLAB对系统进行仿真，使系统的稳定性、准确性、快速性达到设计的要求。利用word等办公软件对说明书进行编辑、排版。向指导教师请教,从中可以了解电液伺服系统发展的新动向及发展水平,对课题的研究提供最新的启迪和帮助,使思路开阔,有利于引导和借鉴。到图书馆,资料室去查阅有关的学术杂志,图纸,说明书等国内文献资料,提倡和鼓励学生参阅外文文献

25、,以了解前人的成果和正在进行中的研究,扩大知识面。第一章 设计依据1.1 设计目的和意义恒加载水泥强度试验机主要用于对水泥试块作抗压强度测定，试验时，往往加到规定的载荷量值、加载时间或直至结构破坏以测定其强度，验证产品设计及参数计算的正确性，要求加载稳定性好，加载精度高。本课题结合教学内容，要求设计一恒加载水泥强度试验机电液力控制系统，建立系统数学模型，并通过计算机仿真的方法分析系统的动态性能，合理设计参数和调整系统结构，使试验机性能自动地、准确地实现对试件平稳加载。本设计课题结合专业方向和教学内容，对液压控制系统进行深入分析，按给定条件和要求完成液压控制回路的设计和计算机仿真设计，运用Mat

26、lab软件进行系统仿真。本课题是一个集机械、电子技术、液压技术、传感器技术、仿真技术和控制技术等多门学科相结合的综合性课题，着重培养学生运用本科所学的基本理论、专业知识，提高分析与解决工程技术问题的能力。并通过实际回路的构建和设计，培养学生的动手能力和创新能力。1.2 设计依据1、设计一个伺服液压缸控制系统。2、控制方式采用力控制、时间控制方式。3、电器控制回路设计要求进行继电器控制回路设计和PLC控制回路的设计。 4、设计的控制系统应能实现自动控制要求，控制系统和控制方法简单、可行。5、控制系统分为高压，其按要求进行设计。6、设计的非标件有液压缸，分别按要求进行设计。1.3 设计参数1、运动

27、部件的总质量：mt=3000kg2、活塞最大行程：L=500mm3、最大加载力：F=30N4、最大空载速度为：m/s6、静态加载误差：<3000N7、系统频宽：f5Hz8、其余设计参数可类比相关资料及设计手册选取。1.4 设计步骤与进程一、明确设计依据与要求。根据设计依据与要求，先熟悉和了解相关的设计内容，深入学习所学过的相关基础理论知识和专业理论知识。二、收集资料与调研实习。设计前应了解和掌握液压控制系统的有关知识和理论以及电子技术理论和计算机仿真等的相关理论知识。实习中应注意观察液压控制回路的动作过程和有关部件的结构及其连接关系，仔细观察并实测所需设计零部件的结构与参数，并收集有关图

28、纸资料。三、计划进程。1、实习调研、收集资料 1周2、撰写开题报告 1周3、设计及制图 11周(1)、系统方案的拟订 1周(2)、动力元件的参数设计 1周(3)、其他元件的选择 1周(4)、系统传递函数的建立 1周(5)、计算机仿真 2周(6)、系统性能分析 1周(7)、液压源的设计 周(8)、非标元件的设计 周(9)、绘制非标元件装配图和零件图 3周 4、整理设计说明书和图纸 3周5、评阅设计说明书 1周6、答辩 1周1.5 设计要求 1、设计图纸10张以上（其中1号图23张以上），包括液压控制系统原理图、液压缸的装配图及零件图、仿真曲线图。论文图纸要求有计算机绘图。要求制图正确、图面整洁、

29、各项标注齐全、符合国家标准。2、毕业论文(设计)字数不少于万字，格式按贵州大学本科毕业论文(设计)规范化要求书写。论文摘要要求中英文必备，摘要应阐述设计的概貌、特色及采用新技术等内容，字数在300500字以内，英文摘要应注意用词准确、语言通顺、语法正确。各部分要配必要的简图、设计程序和仿真结果图，要求计算正确、文字通顺、书写规整、条理清楚。设计内容包括电液力控制组成与特点分析、各原件的传递函数的建立分析、系统传递函数的计算机仿真过程及结果分析、标准件的选择计算、非标准的设计及计算等。第二章 液压控制系统系统方案的确定拟定系统方案是指设计中需要确定的 ，其决定系统性质或重大性能的，诸如系统类型、

30、控制思想、控制方式、控制元件类型、执行元件类型、检测元件类型、供油油源类型和是否机械减速箱一类大的原则性选择。确定上述诸项后便可绘出系统原理图和职能方块图。2.1 确定系统的被控制物理量恒加载水泥强度试验机电液力控制系统所需要被控制的物理量为：力2.2 确定系统采用开环控制还是闭环控制方式系统是开环还是闭环控制，要根据控制精度和稳定性的要求、指令输入的性质、扰动输入的大小和成本的限制等来确定。开环系统不具有抗干扰能力，其精度取决于个元件或环节的校准精度。闭环系统具有抗干扰能力，对系统的参数变化不太敏感，只要检测环节的精度和响应足够高，便可以采用精度并不高的控制元件构成精确的控制系统，但是要注意

31、系统的稳定性。对研究动态特性试验状况的试验机，对试验对象要求进行动态加载，并且加载要稳定，加载精度高，所以系统选择闭环控制方式。2.3 确定系统采用模拟控制还是数字控制系统方式在电液力控制系统中，由于采用电磁控制伺服阀，其大多数为模拟控制式的，因此与之相配的伺服放大器及检测元件液是模拟式的。模拟式控制系统较为简单，因此目前仍普遍采用，但是分辨率和控制精度较低。2.4 确定液压控制系统元件的类型及供油方式根据系统控制精度和响应速度的要求、功率的大小、要求功率的高低及成本等来确定。阀控系统的控制精度和响应速度高，但效率低。泵控系统的效率很高，可用与大功率控制场合，但控制精度和响应速度低，并且成本较

32、高。对于阀控系统是采用恒压油源还是恒流油源供油，取决与系统的功用、使用环境和系统的要求。恒压油源的供油压力恒定，控制阀的压力流量特性的线性度好，系统的控制精度和响应速度都较高；恒流源的供油流量一定，系统效率较高，但控制阀的P-Q特性的线性度差。综上所述，系统要求控制系统精度和相应速度高，所以选择阀控系统，而不选用泵控系统。2.5 确定液压控制系统执行元件的类型在本设计的控制系统中，由于直线运动，所以选择液压缸为执行元件。2.6 确定检测元件的类型及传动机构的形式检测元件的类型则采用模拟传感器，传感器根据系统的受力情况，（为拉压力）所以选择拉压力传感器；伺服放大器选择ESA型放大器；传动机构的形

33、式选择液压传动。则可以得出系统的原理方框图:图2.1 电液力控制系统原理方框图2.7 液压系统原理图的拟定由于系统为伺服系统，要求系统尽可能简单，这样便于维护和安装，同时也降低生产成本。所以在拟定系统原理图时需考虑以下因素：1. 由于系统要求的负载力比较大，选择工作压力也较大。2. 在较大的工作压力情况下，需要考虑工作效率的大小，效率过小会产生过高的热量，从而降低系统的精度和寿命。3. 因为系统为大型高压系统，操作力比较大，应考虑先导控制油路。4. 系统中选择驱动力控制。图 驱动力控制电液伺服疲劳试验机原理图其特点为：在输入一指令信号，在对该信号进行放大，接入伺服阀中，电流控制阀的开口大小，从

34、而控制流量大小，使液压缸加载在试件上的力随着输入信号变化而变化，由于加载在传感器上的力和加载在试件上的力相同，在传感器上输出的信号经过其测量放大器放大后与指令信号相加，从而是输入的信号满足人们的要求，让加载力随输入信号变化而变化，传感器使其变化在一定的范围里。这样就实现了闭环的控制。第三章 液压动力元件的设计与伺服阀、伺服放大器及传感器的选择液压动力元件（或称液压动力机构）是由液压放大元件（液压控制元件）和液压执行元件组成的。液压放大元件一般是液压控制阀也可以是伺服变量泵。液压执行元件是液压缸或者液压马达。3.1 液压动力元件的基本尺寸的确定3.1.1 选取供油压力 由于负载数值较大，故取系统

35、供油压力=21MPa.3.1.2 液压缸的确定根据力控制系统的控制特性，系统应在供油压力的95%状态下工作，故取负载压力 测液压缸有效面积Ap为 因液压缸有效工作面积，取代人得 即 Dm按标准尺寸取：D=160mm即 D=0.16m=160mm按标准尺寸取：d=90mm即 d=0.09m=90mm作用面积Ap: Ap= (3-5)代入数据得空载流量： (a为系统的泄漏系数) (3-6) = =42 .6L/min3.2 液压执行元件的基本参数的确定执行元件采用四通阀控对称液压缸。液压固有频率： (3-7)式中：可按系统要求频宽的510倍来确定； 为移动质量，约3000Kg; 为对称活塞有效面积

36、，37; 为液压缸的总压缩容积，即进油腔容积与回油腔容积之和，=S;=S= 为液体有效弹性摸量，取值范围：7001400，一般取=700将数据代入式（37）中，得液压缸固有频率=564rad/s与阀的幅频宽=628rad/s小，满足了系统伺服阀的频率要求。液压阻尼比： （3-8）式中：为系统总流量系数，即伺服阀流量压力系数和执行器总泄漏系数之和。，执行器为液压缸时，泄漏系数与缸的结构及密封形式有关，难以准确估算。常取，阀的流量压力系数取决与阀的类型并随工作总而变化，一般计算时取零位值，其为工况恶劣。 为液压缸负载黏性阻尼系数，其值通常较小，可忽略。则有； （零开口） (3-9)式中：为为阀面积

37、剃度。 为零开口阀径向间隙，取 为液体动力黏度，其值取决于液体类型及工作温度，一般取则将数据代入(39)式中，得那么由于较小，可忽略，则将数据代入(3-8)式中，得动态柔度系数：为液压弹簧刚度：是液压缸两腔完全封闭，由于液体的压缩性形成的液压弹簧的刚度。 3.3 电液伺服阀的选择在力控制系统中，大多数采用双喷嘴挡板式电液伺服阀，在双喷嘴挡板式电液伺服阀中型号的主要为QDY系列，其原理图为：图3-3 力反馈两级电液伺服阀原理图1-固定节流口 2-反馈杆 3-弹簧管 4-导向套筒 5-永磁体 6-上导磁体 7-衔铁 8-喷嘴 9-滑阀工作原理是： (1)力矩马达控制线圈无控制电流时，衔铁由弹簧管支

38、承在上、下导磁体的中间位置，挡板也处于两个喷嘴的中间位置，两喷嘴负载腔压力相等，输出的差动压力为零，即无输出。(2)当力矩马达两控制线圈有差动控制电流时， 在衔铁上产生电磁力矩 (假定为逆时针方向)，使衔铁挡板组件绕弹簧转动中心逆时针方向偏转，弹簧管产生变形，挡板偏离中位。这时，喷嘴挡板阀右间隙减小而左间隙增大，引起右喷嘴负载腔压力增大，左喷嘴负载腔压力减小，两喷嘴负载腔有差动压力输出。弹簧管变形产生的力矩与力矩马达的电磁力矩相平衡，使衔铁挡板组件停留在与某个控制电流相对应的偏转角上，伺服阀输出一个对应的流量。阀的输出量 (流量及压力)、衔铁挡板组件的偏转角均与控制电流成比例。 (3)改变控制

39、电流的方向，上述偏转角与阀的输出量的方向随之改变。在根据压力和流量可以选择电液伺服阀，起参数如下电液伺服阀：QDY8-H6030技术指标：额定流量() 44液压性能：额定供油压力（） 21 额定供油范围（MPa） 1-21电气特性：额定电流（） 30 线圈电阻（） 500静态特性：滞环（%） <4 压力增益（%Ps/%In） >30 分辨率（%） 3095 不对称度 <+10 零位流量（L/min） <+3 零偏（%） <+3 压力零偏（%） <+2 温度零偏（%） <+2 没变化56°C频率特性：幅频宽（3dB）/Hz >60 相频宽

40、：（-）/Hz >60其它： 工作介质： 22，透平油，XH10 工作温度（）： -1080 质量 1.3kg3.4 传感器的选择根据系统的受力大有要求选择传感器参数如下所示：传感器工作原理：本传感器采用变应测力原理，即在半导体基底上扩散出一组应变电桥，当弹性元件受力发生形变以后，应变电桥因桥臂电阻值之变化而失去平衡，从而输出电信号。其特点：1、采用柱式结构梁,抗偏载、长期稳定性好；2、全部外螺纹连接，方便安装；3、用于电子衡器、起吊装备及各类力值的测量与控制。传感器类型：称重传感器LCH。技术参数量程5kN500Kn灵敏度  1mV/V±1非线性0.3R.O.（30

41、0kN500kN0.5R.O.）重复性  0.3R.O.（300kN500kN0.5R.O.）滞后性0.1R.O.推荐激励电压10V安全激励电压18V输入阻抗350±1绝缘阻抗2000M以上温度补偿范围-10+70工作温度-20+803.5 伺服放大器的选择中国航空工业第一集团公司634所研制的ESA型伺服放大器接收430mA的标准工 业控制信号，配以直流差动变压器式位移传感器和各种类型的电液伺服阀可构成位置电液伺服系统如果配用速度传感器、力传感器或压力传感器等可构成速度伺服系统和力伺服系统该伺服放大器具有精度高、负载能力强、可靠性高、工作温度范围宽、输人输出配置完善等特点

42、 。 第四章 系统的分析4.1.1 控制基本方程建立偏差电压信号为 (4-1)式中：为指令电压信号；为反馈电压信号；力传感器方程为： (4-2)式中：为力传感器增益； 为液压缸输出力；伺服放大器动态可以忽略，其输出电流为； (4-3)式中：为伺服放大增益；伺服阀传递函数可表示为： (4-4)式中：为伺服阀芯位移； 为伺服阀增益； 为=1时，伺服阀的传递函数。4.1.2 液压缸的传递函数建立假定负载为质量、弹性和阻尼，则阀控液压缸的动态可用下面三个方程描述 （4-5） 式中：为负载质量； 为负载阻尼系数； 为负载弹簧刚度； 为液压缸总泄漏系数。则可画出力控制系统的方块图。图4.1 力控制系统方框

43、图将三个方程中的中间变量和消去，在简化后，可以直接得到阀芯位移至液压缸输出力的传递函数： (4-6)由于负载阻尼系数很小，可以忽略不计，则简化得 (4-7)由于该系统没弹性负载（K=0）则函数可以近似写成： （4-9）式中：为负载的固有频率，； 为液压弹簧与负载弹簧串联偶合的刚度与阻尼系数之比，为液压弹簧与负载弹簧并联偶合的刚度与负载质量形成的固有频率，；为阻尼比，为总压力增益。 根据上式可得系统方框图简化如下图，有方框图可以得到系统开环传递函数为图4.2 力控制系统简化方框图可得开环传递函数: （4-10）式中：为系统的开环增益， （4-11）将各个数值代入各个参数，（其中K=0）得负载的固

44、有频率； =0为液压弹簧与负载弹簧串联偶合的刚度与阻尼系数之比，为液压弹簧与负载弹簧并联偶合的刚度与负载质量形成的固有频率，为阻尼比，取则有缸的传递函数； （4-12） （4-13）4.1.3 伺服阀的传递函数建立 （4-14）为伺服阀流量增益，为空载流量：为伺服阀额定电流：取30mA代入数据，得为伺服阀固有频率；则有伺服阀传递函数为： （4-15）伺服阀的系数的计算：为伺服阀的流量增益： （4-16）式中：为节流口流量系数，取 为介质密度，取数据代入（4-16）式中，得为伺服阀的流量增益：为伺服阀的流量增益：（由于f>60HZ,所以选取100HZ）在供油压力为时这个数量级容易得到。4.

45、1.4 力传感器的增益的计算力传感器的增益： （4-17）式中：为输入灵敏度，该传感器为1mV/V；为输入力， 系统传递函数的建立由上面各个部分函数可得系统简化方框图；图系统简化方框图则开环传递函数为： （4-18） （4-19） 系统稳定性的分析运用Matlab对系统的开环传递函数进行编程仿真，程序如下：（其中令Ko=1）%系统的参数条件clfKo=1;Ksv=2.44e-2;Wsv=628;Wm=0;Wo=564;Wr=;zuni=0.8;Hs=e-9%建立系统开环传递函数num1=Ko*Ksvden1=conv(1/Wr 1,conv(1/Wo2 2*zuni/Wo 1,1/Wsv2 2

46、*zuni/Wsv 1)sys1=tf(num1,den1)%绘制系统的开环Bode图figure(1)margin(sys1)grid程序运行后得到的开环Bode图为图4.4 系统开环Bode图（=1）由图可知道系统不稳定，则需要调节Ko来使系统稳定，所以调节Ko后，并且得到最满意的Ko值。即Ko=130时系统稳定，并且也将系统的闭环Bode图，时域仿真图一同仿真，程序如下：%系统的参数条件clfKo=130;Ksv=2.44e-2;Wsv=628;Wm=0;Wo=564;Wr=;zuni=0.8;Hs=e-9%建立系统开环传递函数num1=Ko*Ksvden1=conv (1/Wr 1,c

47、onv(1/Wo2 2*zuni/Wo 1,1/Wsv2 2*zuni/Wsv 1)sys1=tf(num1,den1)%绘制系统的开环Bode图figure(1)margin(sys1)grid程序运行后得到的仿真图为图4.5 系统开环Bode图（=130）由图可以知道，幅值穿越频率=166rad/sec时，相位裕量为r=6.75dB，相频穿越频率 =318rad/sec，幅值裕量为 Kg=6.75dB，满足系统稳定的要求，所以该系统稳定。则，放大系数的Ka确定Ka=Ko×=130×=208 系统快速性的分析系统满足了稳定性，但是还需要满足快速性，其主要原因是液压伺服系统

48、需要快速的相应，总是有输入就有输出。运用Matlab进行仿真，其程序如下所示：%系统的参数条件clfKo=130;Ksv=2.44e-2;Wsv=628;Wm=0;Wo=564;Wr=;zuni=0.8;Hs=e-9%建立系统开环传递函数num1=Ko*Ksvden1=conv(1/Wr 1,conv(1/Wo2 2*zuni/Wo 1,1/Wsv2 2*zuni/Wsv 1)sys1=tf(num1,den1)%建立系统闭环传递函数num2=sys1/Hsden2=1+sys1sys2=num2/den2%绘制系统的闭环Bode图figure(1)margin(sys2)grid%绘制系统的

49、时间响应图figure(2)step(sys2)grid程序运行后，可得到下图，首先由图4.5可知，在系统幅值下降1dB后，系统的频率为338red/sec，比设计要求的f5Hz=31.4 red/sec要大；其次由图4.6可知，系统的最大超调量为：图4.5 系统闭环Bode图由图4.6可知，Mp=(3.06-2.3)/3.06×100%=24.8%最大超调量在1.5%-25%之间，满足要求。 系统准确性的分析伺服系统的准确性由系统误差来衡量，所以先计算其稳态误差。稳态误差是输出量与希望值与它的稳态的实际值之差。它由指令输入，外负载力（或外负载力矩）干扰和系统中的零漂、死区等干扰引起

50、的。稳态误差与系统本身的结构和参数有关，也与输入信号有关。（一） 指令输入引起的稳态误差 由指令引起的稳态误差也叫跟随误差，但是由于本系统为0型系统，而且输入信号为正弦信号，那么系统跟随输入的信号的稳态误差为零，即（二） 负载干扰力的引起的稳态误差 由于负载干扰力引起的稳态误差也称负载误差。但由于本系统没有负载干扰力或者干扰力矩，因此负载误差为零，即（三） 零漂和死区等引起的静态误差根据参考文献18零漂和死区等引起的静态误差为 (4-22)式中，为系统开环增益，=130 N/Am为电磁伺服阀零漂和死区的电流为=Am为由稳定后的开环波德图中确定，取=-47dB将数据代入4-22式得N那么总的误差小于3000N，满足要求。第五章 液压源的设计5.1 液压系统原理图的设计与说明本系统由单独一液压泵。驱动液压能源采用定量泵