液压系统伺服控制电路的设计毕业论文.doc

本科毕业设计说明书（论文）第1页共33页1引言液压传动是利用液体的压力能进行能量传递、转换和控制的一种传动形式。作为一门新兴的技术，在20世纪以后得到了迅速地发展。它具有可以实现大范围无级调速、相对体积小、重量轻、易于控制等优点，在国民经济中得到了广泛地应用，并具有广阔的发展前景。对于液压伺服系统控制电路的设计，首先应该对液压伺服系统、闭环控制技术以及其中的主要控制组件伺服阀，做具体的了解。1.1液压伺服系统液压伺服系统是一种闭环控制系统，其控制技术是反馈控制技术、电子技术与液压技术相结合而产生的。液压伺服系统除了具有液压传动的各种优点外，还具有反应快，系统刚度大和控制精度高等优点，因此广泛地用于机床、重型机械、起重机械、汽车、飞机、船舶和军事装备等方面1。1.1.1液压伺服系统的概念及原理伺服系统是一种执行组件能以一定的精度自动地按照输入信号的变化规律而动作的自动控制系统。凡是采用液压控制组件，根据液压传动原理建立起来的伺服系统，都叫做液压伺服系统2。其工作原理是利用反馈得到的偏差信号，控制液压能源输入系统的能量（流量和压力），是系统向着减小偏差的方向变化，从而使系统的实际输出与希望值相符。1.1.2液压伺服系统的组成各种液压伺服系统均可由下列一些基本原件组成：（1）指令组件。（2）反馈检测组件。（3）放大、转换、控制组件。（4）比较组件。（5）直接对控制对象起控制作用的组件。（6）控制对象。1.1.3液压伺服系统的分类（1）按误差信号的产生和传递方式不同分：机液伺服系统；电液伺服系统；气液伺服系统。本科毕业设计说明书（论文）第2页共33页（2）按液压控制组件的不同分：阀控系统（节流式）；泵控系统（容积式）。（3）按被控物理量不同分：位置伺服系统；速度伺服系统；力（或压力）伺服系统；其它伺服系统。1.2液压伺服系统的优缺点液压伺服系统除了具有液压传动所固有的一系列显著优点外，还具有系统刚度大、控制精度高、响应速度快、能高速启动、制动和反向等优点。因而可组成体积小、重量轻、加速能力强，快速动作和控制精度高的伺服系统，来控制大功率和大负载。同样，液压伺服系统除具有液压传动所具有的一些缺点外，还具有其它一些缺点：如它的精密控制组件（如电液伺服阀）加工精度高，因而价格贵；对工作油要求高，工作油的污染对系统可靠性影响较大等3。1.3液压伺服系统的应用和发展液压伺服系统，首先应用在武器控制系统中，广泛应用于海陆空军各个领域。在航天、航空和导弹等控制方面，大量采用液压伺服控制系统。因为这些控制系统的性能要求很高，快速性能要好，质量要轻，而成本等又不是主要考虑的因素，所以，液压伺服控制技术在这些部门得到了大量的应用和发展。目前，在飞机上所有的控制系统和操纵机构几乎全部采用液压伺服及液压传动机构。在导弹方面，小口径导弹，由于要求本身质量轻，大多采用气动伺服系统；中程及远程导弹的各个控制系统，几乎都采用液压伺服系统4。在地面武器方面，由于要跟踪及扫描航速日益提高的飞机，早在第二次世界大战前高射炮就有采用液压伺服控制系统。目前，由于武器种类越来越多，自动化程度也越来越高，所以，在坦克稳定控制、雷达的搜索跟踪控制等方面都采用了液压伺服系统5。在民用工业方面，如机床方面的仿形机床、数控机床；船舶上的舵机操纵和消摆系统；冶炼方面的电炉电极自动升降控制系统；试验装置方面的振动实验台、材料试验机等；锻压设备中的挤压机速度伺服控制，油压机的位置同步伺服控制；轧制设备中的轧机压下，带材连续生产中的跑偏控制、张力控制；大型车辆的转向助力器等，都应用了液压伺服系统6。由于各行各业的自动化程度越来越高，机器设备的运行速度也越来越快，工作精度也越来越高，功率越来越大，所以，液压伺服系统将越来越广泛地应用到各行各业。本科毕业设计说明书（论文）第3页共33页液压伺服控制系统今后的发展大体可以有以下几个方面7：（1）高压大功率。高压的目的主要是为了减轻系统的重量及结构尺寸，大功率是为了解决大惯量与重负载的拖动问题（2）高的可靠性。液压控制设备一般都是高性能的机器，对油的污染和温度变化都很敏感，把这种机器应用于飞行器上，一开始，可靠性就是一个重要课题。为了提高可靠性，除了对机器本身的研究与改良以及增加监测与诊断技术外，目前还在采用余度技术与重构技术，采用了三或四通道的余度构成系统。（3）理论解析与特性补偿。液压伺服控制的理论解析，在20世纪50年代与60年代，就伺服系统本身的理论，可以说大体上解决了。近期的研究倾向是利用计算机对复杂系统、复杂因素进行仿真分析，其中大量的研究是围绕动态特性进行的。随着系统应用的目的多样化，控制对象也越来越复杂，大惯量、变参数、非线性及外干扰是经常遇到的。要使这些系统具有满意的性能，必须研究系统的性能补偿问题与近代控制策略。（4）同微型机的结合。目前液压控制已从模拟控制转为以微机控制与数字控制为主。把微机放入控制回路之内进行实时控制时有很多问题需要研究计算机速度问题，电液伺服机构如何与计算机配置的问题以及离散化带来的一些问题。直接与数字机结合需要发展液压数字技术，目前已产生了各种形式的数字阀、数字缸及高速开关阀等。电液伺服控制与计算机的结合，提供了计算机创造的全部奇迹与大功率液压伺服控制之间牢靠的、精确的、高性能的联系，产生了各种所谓智能化的电气液压伺服控制系统。（5）液压伺服控制普通的工业应用阶段。液压伺服控制元部件的批量及规格化生产，降低成本或开发简单廉价的各种转换组件、数字化元部件以及各种抗污染的产品，仍然是今后液压控制系统设计的课题。1.4闭环控制闭环控制是指控制装置与被控制对象之间既有正向作用又有反向联系的控制工程。闭环系统需要对输出量进行测量，其结构如图1-4所示。小功率随动系统，雷达自动控制系统等都是典型的闭环系统。显然，闭环系统是反馈系统。反馈按反馈极性的不同分成两种形式：如反馈使系统偏差增大，称为正反馈；反之，则称为负反馈。本科毕业设计说明书（论文）第4页共33页图1-1闭环系统方框图闭环控制的特点：（1）输出影响输入，因而能削弱或抑制干扰。（2）低精度组件可组成高精度系统。（3）因为可能发生超调、振荡，所以稳定性问题很重要。由于控制系统的干扰往往是未知的、不可避免的，加之其它原因，所以常见的大多数系统是闭环系统8。1.5电液伺服阀输出量与输入量成一定函数关系并能快速响应的液压控制阀，是液压伺服系统的重要组件。液压伺服阀按结构分为滑阀式喷嘴挡板式射流管式射流板式和平板式等；按输入信号可分为机液伺服阀电液伺服阀和气液伺服阀9。电液伺服阀是将电量转变成液压输出量的电液转换组件，出现于1940年。到50年代，这种组件的结构趋于成熟。随着电子技术和计算机技术的发展，电液伺服系统的性能得到显著改善，大大优于其它的液压伺服系统，因而得到广泛应用。电液伺服阀的内部结构可分滑阀位置反馈载荷压力反馈和载荷流量反馈；阀的级数可分单级双级和多级。在电液伺服阀中，将电信号转变为旋转或直线运动的部件称为力矩马达或力马达。力矩马达浸泡在油液中的称为湿式，不浸泡在油液中的称为干式。其中以滑阀位置反馈两级干式电液伺服阀应用最广10。