　　　本文对电液比例阀位置控制系统的工作原理及各组成部分进行了详细的分析，并对活塞式滚珠螺旋摆动液压马达进行了设计和计算及附了马达的零件图和组装图，以及建立了非对称阀控非对称缸位置控制系统的数学模型并计算出了此系统的开环传递函数。而且，利用Matlab软件，创立了系统仿真模型，生成了位移输出的Bode图、阶跃响应曲线和正弦响应曲线。另外用Matlab对系统特性进行仿真分析的基础上，针对系统稳定性的问题，提出了系统校正问题，并采用了比例—积分（PI）控制，使非对称活塞式摆动液压马达电液比例阀位置控制系统具有良好的动态特性和静态特性，达到了预期的研究目的。　　　　　　　　　　　　　　　　　　

关键词：非对称缸、非对称阀、数学模型、传递函数、Matlab仿真、PI校正

Abstract

The work principle and every component of electrohydraulic proportional value-control system are analyzed in detail in the paper.And the ball screw swinging piston hydraulic motor has carried on the design and calculation,attached the detail part and assembly drawing (two-dimensional diagram and three-dimensional diagram )of the motors.As the same time the paper creates the mathematical model of asymmetric valve controlled asymmetric cylinder position control system and calculated the open-loop transfer function of the system.Moreover the paper set up the simulation model of the system in the advantage of the Mat-lab software and generates the Bode diagram、step response curve diagram and sine response curve of the displacement output.On the basis of the simulation analysis with Mat-lab of the system characteristics,PI control strategy is brought forward as to the stability of the system,it brings the better dynamic and static characteristics to the Asymmetric piston swing hydraulic motor Electro-hydraulic proportional valve position control system to attain the expected objective.

Keywords：Asymmetric hydraulic cylinder、Asymmetric servo valve、mathematic(al) model、transfer function、Mat-lab simulation、Proportional - integral（PI） correction　　　　　　　　　　　

中文摘要.....................................................1

Abstract.....................................................2

第1章绪论...................................................5

　　　1.1课题研究的目的及意义.....................................6

　　　1.2论文主要工作............................................6

第2章活塞式滚珠螺旋摆动液压马达的工作机理..................8

　　　2.1概述...................................................8

　　　2.2活塞式滚珠螺旋摆动液压马达原理和特点........................8

　　　　　2.2.1活塞式滚珠螺旋摆动液压马达的工作原理...................8

　　　　　2.2.2活塞式滚珠螺旋摆动液压特点...........................9

　　　　　2.3活塞式摆动液压马达主要技术参数之间的关系................10

第3章活塞式滚珠螺旋摆动液压马达设计计算...................13

　　　3.1概述..................................................13

　　　3.2活塞式滚珠螺旋摆动液压马达的主要参数计算...................13

　　　　　3.2.1液压缸的主要参数计算...............................13

　　　　　3.2.2滚珠逆螺旋传动装置的参数计算.........................15

　　　3.3活塞式滚珠螺旋摆动液压马达的强度计算.......................19

　　　　　3.3.1液压缸强度计算.....................................19

　　　　　3.3.2螺旋传动轴的强度计算...............................21

　　　　　3.3.3滚珠与滚道之间的接触强度计算.........................23

　　　3.4活塞式滚珠螺旋摆动液压马达的主要零件结构...................25

第4章非对称活塞式摆动液压马达电液比例系统设计.............41

　　　4.1非对称缸用非对称阀来控制.................................41

　　　4.2非对称阀的静态特性分析及数学模型的建立.....................41

4.2.1基本模型..........................................41

　　　　　4.2.2 活塞式液压摆动马达正向运动..........................42

　　　　　4.2.3 活塞式液压摆动马达反向运动..........................47

　　　4.3比例放大器传递函数......................................51

　　　4.4高性能电液比例阀传递函数.................................51

　　　4.5位移传感器传递函数......................................52

　　　4.6系统传递函数方框图......................................52

　　　4.7系统传递函数及函数各参数的确定............................52

　　　4.8系统特性（系统校正前Bode图、阶跃响应）.......................56

　　　　　4.8.1对数频率特性图（伯德图或Bode图）......................56

　　　　　4.8.2系统的单位阶跃响应.................................58

第5章用PI调节器对系统进行性能校正和仿真分析................59

　　　5.1控制系统校正的概述和PI校正概述............................59

　　　　　5.1.1控制系统校正的概述 ................................59

　　　　　5.1.2PI校正的概述......................................59

　　　5.2 PI仿真数学模型的建立....................................60

　　　　　5.2.1确定开环增益......................................60

　　　　　5.2.2计算未校正系统的相位裕量和幅值裕量...................60

　　　　　5.2.3确定校正后系统的截止频率............................61

　　　　　5.2.4确定校正装置的参数.................................61

　　　　　5.2.5确定校正后系统的开环传递函数.........................61

参考文献....................................................66

致谢........................................................67

1.1课题研究的目的及意义

　　　摆动液压马达是一种输出轴作摆动往复运动的液压执行元件。它的优点是能使负载直接获得往复摆动运动，无需任何变速机构。因此，已被广泛应用于各个领域，如舰雷达天线稳定平台的驱动、声纳基体的摆动、鱼雷发射架的开启、液压机械手、装载机上铲斗的回转、机床上回转台的转动等等，以及矿山和石油机械上都得到广泛应用。论文涉及的活塞式滚珠螺旋摆动液压马达，主要应用于针对飞行器姿态仿真转台、航空飞行器的升降翼、前、后襟翼或尾翼，轮船或舰艇方向舵驱动。即要求马达具有良好的超低速、高频响、宽调速、高精度、大扭矩的性能。随着现代科学技术的迅猛发展，以及近几年来我国对航空、航天工业的大力投入并随之而来的现代军事技术的不断发展，我国在航空、航天及相关科技领域都取得了巨大的进步，对探索工具及飞行器的精确度、可控性提出了愈加严格的要求。

　电液比例控制是介于电液开关控制系统和电液伺服控制系统之间的一种控制系统，兼有二者之所长。电液比例压力控制系统是按输入电流信号的大小成比例地控制输出压力的系统。其特点是

　①能够按比例的控制压力和流量从而对执行元件能够实现力、速度和位移的连续控制，还能按输入电信号的极性改变液流方向。

　②能够避免力、速度和方向变换时的冲击现象。

　③可以降低能耗，有显著的节能效果。

　④易于与微电子结合，特别是数字式比例元件与计算机(PC)系统结合，可实现遥控、自控和自适应控制。

　1.2论文主要工作

　　　本论文主要研究新型活塞式滚珠螺旋摆动液压马达的工作机理，对其进行具体结构和参数设计，并进一步研究电液比例控制驱动特性。主要内容有：

　　　（1）对活塞式滚珠螺旋摆动液压马达进行了机理研究，推导了马达运动和动力传递关系，并分析了活塞式滚珠螺旋摆动液压马达的传递效率。

　　　（2）对活塞式滚珠螺旋摆动液压马达进行了结构设计和参数计算，对主要零件进行了结构强度和刚度验算。

　　　（3）设计了以活塞式滚珠螺旋摆动液压马达的为执行机构的电液比例控制系统，计算并选择了电液比例系统的主要元件。

　（4）绘制马达的装配结构图和零件图第2章活塞式滚珠螺旋摆动液压马达的工作机理

2.1概述

　　　活塞式滚珠螺旋摆动液压马达为摆动马达系统的关键基本部件，需要满足驱动系统对现代高性能飞行器机载作动系统、船舶操纵、减振作动系统等的要求，因此，其结构设计必须考虑主机系统提出的体积小、重量轻、承载能力大、工作可靠和维修方便等要求。活塞式滚珠螺旋摆动液压马达由液压缸和滚珠逆螺旋机构组成。它与比例阀等组成液压比例驱动系统，设计时应考虑的问题主要为：

　　　（1）活塞式滚珠螺旋摆动液压马达的本体结构及参数的优化，主要解决的技术难点有：

　　　①扭矩重量比大；②空间尺寸限制严；③传动效率要求高；④可靠性要求高。

　　　（2）从作动器组成电液比例系统的能源利用率和静、动态品质出发，优化设计作动器的主要参数，使系统消耗功率最小，效率最高，还要保证该系统具有较宽的频带响应。

2.2活塞式滚珠螺旋摆动液压马达原理和特点

2.2.1活塞式滚珠螺旋摆动液压马达的工作原理

活塞式滚珠螺旋摆动液压马达的工作原理为：液压缸的活塞带动螺旋传动轴移动，滚珠直花键副防止螺旋传动轴转动，滚珠轴承承受轴向力与径向力，以改善滚珠螺旋套的受力状况，从而把活塞-螺旋传动轴的直线运动转换成螺旋套的转动。　　　当高压油由右端油孔进入活塞右腔，推动活塞，从而带动活塞杆、传动轴向左移。由于传动轴左部和导向固定套构成花键副，因此，传动轴只能作轴向移动、而不能作回转运动。若传动轴右部外表面和螺旋套内表面之间的螺旋滚道是右旋滚道，当传动轴向左移动时驱动螺旋套带动与之固联的前缘襟翼作顺时针转动(从摆动液压马达的左端观察)。反之，当高压油由左端油孔进入活塞左腔，则推动活塞，活塞杆和传动轴向右移动，以驱动螺旋套和襟翼翼面逆时针转动。

2.2.2 活塞式滚珠螺旋摆动液压马达的特点

　　　如前所述，活塞式滚珠螺旋摆动液压马达是将直线运动转换为旋转摆动的液压—机械复合传动机构。它由滚珠逆螺旋传动机构和活塞液压缸等部分组成。滚珠逆螺旋传动机构由滚珠直花键导轨副、滚珠螺旋传动副、滚珠卸荷副组成，包括滚珠螺旋套、滚珠直花键导向套、滚珠卸荷轴承、滚珠螺旋传动轴、以及液压油缸组件等组成。滚珠直花键导轨副是为了限制活塞带动传动轴作直线动时由螺旋副产生的转动，并起到导向作用；滚珠螺旋传动副主要是为了产生转动，达到输出扭矩的目的。这种摆动液压马达具有以下特点：

　（1）采用滚珠螺旋副将活塞及传动轴的直线运动转换为螺旋套的旋转摆动；

　（2）采用滚珠花键副为传动轴导向，平衡负载力矩，以防传动轴转动；

　（3）采用滚珠卸荷副使直旋驱动关节轴向力封闭卸荷，保证滚珠旋摆新型液压摆动马达有良好的受力特性；

　（4）采用多头滚道、大螺旋升角的螺旋机构，增大新型液压摆动马达的承载能力；

　（5）回珠方式采用同圆柱面回珠结构，减小新型液压摆动马达的径向尺寸，以适应飞机的机翼内特殊空间要求。

　（6）传动链短。活塞通过活塞杆和传动轴相联，轴向运动被直接转换为回转运动，从而驱动负载机构摆动；

　（7）各零部件受力均匀，材料利用率高，因而结构紧凑，自重小，承载能力大。在一般啮合传动中，参加啮台进行传力的只有少数几个齿，大多数齿及其相连的材料都处于待受载状态。摆动液压马达的每个传力零件及该零件的每个部分都同时承受载荷，在等强度设计原则下，基本上处于均载工作状态。这样，摆动液压马达相对于其它常见的各种传动系统单位自重所能传递的转矩最大。

参考文献

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传动轴.gif

档环.gif

导向固定套.gif

蝶形支架.gif

非对称活塞式摆动液压马达的电液比例的控制系统设计.gif

付杆.gif

回珠环.gif

活塞杆.gif

十字接头.gif

锁紧螺母.gif

油缸.gif

油缸端盖.gif

右轴承套.gif

直旋套.gif

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