某旋压机电液伺服系统的设计与仿真-自控课设-哈工大

1、必粛It密耳学HarbinInstituteofTechnology课程设计说阴书课程名称：自动控制原理设计题目:某旅压机电液佝服系铳的设计与仿真班级：_设计者：-学号：-指导老师：王述一设计时间：2013年2月3月哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学课程设计任务书姓名:专业:院（系）：英才学院班号：任务起至日期:2013年2月25H至2013年3月20日课程设计题目：某旋压机电液伺服系统的设计与仿真系统固有传递函数为:0.2125G（S）=s（討设计性能指标要求：（1）超调量6,525%（2）调整时间ts七：附录：一：题目要求与背景題目要求W0.05mm；技术要求：OpW25%；tsW0.25s；速

2、度信号V二Olin时，误差e(t)系统固有传递函数为:0.2125G0（S）=S（+25，S41）题目背景简介3电液伺服控制起源于主要在军事工程领域发展起来的电液控制技术，而电液比例控制技术，是针对伺服控制存在的诸如功率损失大、对油液过滤要求苛刻、制造和维护费用高。而它提供的快速性在一般工业设备中又往往用不着的情况，在近30多年迅速发展起来的介于普通通断开关控制与伺服控制之间的新型电液控制技术分支。除了模拟式电液比例元件外，早在20世纪60年代人们就开始注意数字式或脉冲式比例元件的开发。这类元件的优点是对介质污染不敏感，工作可靠，重复精度高，成批产品的性能一致性好。其主要缺点是由于按载频原理实

3、现控制，故控制信号的频宽较模拟器件低。数字式电液比例元件的电一机械转换器，主要是步进马达和按脉冲方式工作的动铁式或动圈式力马达。数字式电液比例系统实质上是一个电液数/模转换系统或载频调制系统。其控制分辨精度取决于毎一脉冲的当量步长或调制精度。最近迅速发展起来的高速开关阀，为比例阀的先导控制提供了一种新型的方式。这种阀的重要特点是结构简单、响应快，目前正摆脱由于工作流量小而仅作为先导控制阀的局面，甚至更大的流量方向寻求优化结构。第二次世界大战后期，由于喷气式飞机速度很高，因此对控制系统的快速性、动态精度和功率一重量比都提出了更高的要求。1940年底，在飞机上首先出现了电液伺服系统。经过20余年的

4、发展，到了20世纪60年代，各种结构的电液伺服阀相继问世，电液伺服技术日臻成熟。60年代后期，各类民用工程对电液控制技术的需求显得更加迫切与广泛。但是,由于传统的电液伺服阀对流体介质的清洁度要求十分苛刻，制造成本和维护费用比较高昂，系统能耗比较大，难以为各工业用户接受。而传统的电液开关控制（断通控制）又不能满足高质量控制系统的要求。电液比例控制技术就是为适应开发一种可靠、价簾、控制精度和响应特性均能满足工程技术实际需要的电液控制技术的要求，从1%0年代末以来迅速发展起来的。与此同时，还发展了工业伺服控制技术。工业伺服控制技术的主要特点是：在高性能伺服阀基础上，增大电一机械转换器的输出功率和适当

5、简化伺服阀结构，着重改善阀的抗污染性能，并降低制造成本。比例阀则是以传统的工业用液压阀为基础，采用可靠、价廉的模拟电一机械转换器（比例电磁铁等）和与之相应的阀内设计，从而获得对油质要求与一般工业阀相同、阀内压力损失低、性能又能满足大部分工业控制要求的比例控制元件。20世纪90年代中后期，一方面随着一般工程系统对闭环控制要求的升温，另一方面，客观上整体机械加工水平的提高，系统抗污染能力的增强，而对系统能耗采取了区别对待的措施，以及工业伺服阀对实际系统适应能力差等，在这样的背景下，在一般比例技术与伺服技术之间，出现了在新的层面上吸收两者优势而形成的所谓“伺服比例阀”，也称“高频响比例阀”（其频响比

6、一般比例阀高）、“闭环比例阀”（由于无零位死区，可更方便地用于任何闭环系统）。伺服比例阀的出现，很快地填补了本来企图用工业伺服阀发挥作用的中间地带。这一方面使电液控制系统在不同的三个层面上，都有相应的实用技术；另一方面使得不同层面的电液控制技术，在技术的交融、整合上跨出了一大步。二：基于频率响应法的设计人工设计设计满足稳态误差要求的未校正系统的开环频率特性r心皿V二0.5ni/min已知数据（e（t）W0.05mm经过变换，成为国际单位制V=丽/s,e(t)W0.05X10in若要求V丄P二=120Q気-0.05X10_则需要满足kvi120A10按性能指标要求试取kv二200则:2002G(

7、g宗2X051250由计算得知，原系统剪切频率壯0二217rad/s相角裕度%=15.4计算系统设计要求的相角裕度y已知系统要求超调量%25%由经验公式可知：(Jp-0.16+0.4(/z-1);RsinY可求得施一二sin即丫二53.13o计算系统设计要求的剪切频率肌由于1W姙W1.8,可以使用下述经验公式：%二三2十/.炭略-7)+2.%r_刀寿=S求得：Wc=31.81rad为系统设计校正环节对比原系统参数及预定要求的参数结果如下：未经校正的系统Wco=217rad/s.仏=15.4系统设计要求即校正后系统（wc-31.81rad/stY二53.13对比分析得知，此时的系统是在原系统满足

8、稳态误差的设计要求后，相角裕度丫不满足设计要求，并且剪切频率吒远大于设计要求，因此采用串联迟后校正。进行校正系统的设计：在必（力，）的相频特性找出如下频率：ZG（kjv）180+、+卜二一180+53.13+10=-116.87这一点所对应的频率将作为校正后的剪切频率。在的幅频特性上找到吒所对应的幅值201gGo3o在Bode图上找到ZG=116.87处，有wci=35rad/s为使校正后在吒的幅频特性为OdB,应有201ogP=201g|&/eJ|201ogP=15.2求出校正环节p=5.7544为了减小串联迟后校正对系统相角裕度的影响，要求校正环节处的迟后相移在5-10以下。确定校正环节参

9、数t和T10I=0.2857T=1.644确定串联迟后环节的传递函数为:(200 x(0,28575+1)一0.2125x(1.644$+1)计算机辅助设计被控对象仿真(ZIn10.21251/62500s3+1022&0自七TensfErFenCZjOut1BodeDiagramGm=61.6dB(at250rad/scc),Pm=90deg(at0.213rad/scc)50101010Frequency(rad/sec)1C2.5009501二3831522对控制器的开环系统仿真TasferFenTransferFcr1GZ)258.8945-1-941.176CDOut160T-ran

10、sierForBo-deDiagramGm=Inf,Pm=Inf(署)asEijd5550XE(gsopwu葺30-10-2io110101Frequency(rad/sec102对校正后开环系统仿真(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对校正后闭环系统仿真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)对校正系统阶跃响应曲线：SiepResponseFromIn1To.Ou