电液伺服跑偏控制系统设计（机械类）毕业论文.doc

前言随着20世纪自动化技术的巨大进步，自动控制理论得到不断地发展和完善。本文正是针对设计任务，通过设计方案的分析比较之后，选择电液控制系统来设计此次任务。本文首先介绍了液压控制的一些基本概念，对研究对象和任务作出了整体的介绍，并简述了液压控制技术的发展史。然后在明确设计要求的情况下，对设计任务进行分析。通过机液伺服跑偏控制系统和电液伺服跑偏控制系统的分析对比，最终选择了电液伺服跑偏控制系统的设计方案，从而进入本课题研究要点。接着本文对电液伺服跑偏控制系统做了具体的设计，先是对电液伺服机构进行了分析，得出了电液伺服系统的数学模型，进而分析了其特点。接着又对系统做了静、动态计算及分析，确定了供油压力，选取了伺服阀，并求取了各元件的传递函数，绘制了系统方块图，得出系统的各个参数。然后还要对系统进行校正，得到更为优良的设计参数，使系统更加完善，以进一步提高系统的性能。最后利用了先进电脑仿真技术MATLAB对所做的系统进行仿真，通过改变系统的各个参数进行分析、比较，从而可看出系统的各个参数对系统的响应速度和稳定性的影响，本论文在王慧老师的悉心教导之下，通过研读各著作期刊，经过多次的修改。由于作者水平有限，论文中难免出现点差错，恳请读者指正。21绪论液压伺服控制系统是以液压动力元件作驱动装置所组成的反馈控制系统。在这种系统中，输出量（位移、速度、力等）能够自动地、快速而准确地复现输入量的变化规律。与此同时，还对输入信号进行功率放大，因此也是一个功率放大装置。液压伺服控制系统是以液体压力能为动力的机械量（位移、速度和力）自动控制系统。按系统中实现信号传输和控制方式不同分为机液伺服系统和电液伺服系统两种。机液伺服系统的典型实例是飞机、汽车和工程机械主离合器操纵装置上常用的液压助力器，机床上液压仿形刀架和汽车与工程机械上的液压动力转向机构等。电液伺服控制系统是以液压为动力，采用电气方式实现信号传输和控制的机械量自动控制系统。按系统被控机械量的不同，它又可以分为电液位置伺服系统、电液速度伺服控制系统和电液力控制系统三种。电液位置伺服控制系统适合于负载惯性大的高速、大功率对象的控制，它已在飞行器的姿态控制、飞机发动机的转速控制、雷达天线的方位控制、机器人关节控制、带材跑偏、张力控制、材料试验机和加载装置等中得到应用。1.1液压伺服控制系统的组成液压伺服控制系统不管多么复杂，都是由以下一些基本元件组成的，如图1-1所示：图1-1电液伺服控制系统Fig.1-1electro-hydraulicservosystem1）输入元件也称指令元件，它给出输入信号（指令信号）加于系统的输入端。该元件可以是机械的、电气的、气动的等。如靠模、指令电位器或计算机等。2）反馈测量元件测量系统的输出并转换为反馈信号。这类元件也是多种形式的。各种传感器常作为反馈测量元件。如测速机、阀套，以及其它类型传感器。3）比较元件相当于偏差检测器，它的输出等于系统输入和反馈信号之差，如加法器、阀芯与阀套组件等。4）液压放大与转换元件接受偏差信号，通过放大、转换与运算（电液、机液、气液转换），产生所需要的液压控制信号（流量、压力），控制执行机构的运动，如放大器、伺服阀、滑阀等。5）液压执行元件产生调节动作加于控制对象上，实现调节任务。如液压缸和液压马达等。6）控制对象被控制的机器设备或物体，即负载。此外，系统中还可能有各种校正装置，以及不包含在控制回路内的能源设备和其它辅助装置等。液压控制元件、执行元件和负载在系统中是密切相关的，把三者的组合称之为液压动力机构。凡包含有液压动力机构的反馈控制系统统称为液压控制系统。1.2液压伺服控制的分类液压伺服控制系统可按下列不同的原则进行分类，每一种分类的方法都代表系统一定的特点。1.2.1按系统输入信号的变化规律分类液压伺服控制系统按输入信号的变化规律不同可分为：定值控制系统、程序控制系统和伺服控制系统。1)定值控制系统当系统输入信号为定值时，称为定值控制系统。对定值控制系统，基本任务是提高系统的抗干扰性，将系统的实际输出量保持在希望值上。2)程序控制系统当系统的输入信号按预先给定的规律变化时，称为程序控制系统。输入量总在频繁的变化，系统的输出量能够以一定的准确度跟随输入量的变化而变化。3)伺服控制系统也称随动系统，其输入信号是时间的未知函数，而输入量能够准确、快速地复现输入量的变化规律。对伺服系统来说，能否获得快速响应往往是它的主要矛盾。1.2.2按被控物理量的名称分类1)位置伺服控制系统；2)速度伺服控制系统；3)加速度伺服控制系统；3)力控制系统；4)其它物理量的控制系统；41.2.3按液压动力元件的控制方式分类1)节流式控制（阀控式）系统用伺服阀按节流原理来控制流入执行机构的流量或压力的系统。2)容积式控制（变量泵控制或变量马达控制）系统利用伺服变量泵或变量马达改变排量的办法控制流入执行机构的流量和压力系统。又可分为伺服变量泵系统和伺服变量马达系统两种。1.2.4按信号传递介质的形式分类1)机械液压伺服系统；2)电气液压伺服系统；3)气动液压伺服系统；除以上几种分类方法外，还可将系统分为数字控制系统和连续时间控制系统，线性或非线性控制系统等。1.3液压伺服控制的优缺点1.3.1液压伺服控制的优点液压伺服系统与其它类型的伺服系统相比，具有以下的优点：1)液压元件的功率重量比和力矩惯量比大,功率传递密度高,可组成结构紧凑、体积小、重量轻、加速性好的伺服系统。对于中、大功率的伺服系统，这一优点尤为突出。2)液压动力元件快速性好，系统响应快。由于液压动力元件的力矩惯量比（或力质量比）大，所以加速能力强，能高速起动、制动与反向。3)液压伺服系统抗负载的刚度大，即输出位移受负载变化的影响小，定位准确，控制精度高。4)液压执行元件速度快,在伺服控制中采用液压执行元件可以使回路增益提高、频宽高。5)液压控制系统可以实现频繁的带载起动和制动,可以方便地实现正反向直线或回转运动和动力控制,调速范围广、低速稳定性好、能量贮存和动力传输方便。此外，液压伺服控