某旋压机电液伺服系统的设计与仿真--自控课设--哈工大

1、Harbin Institute of Technology课程设计说明书课程名称：自动控制原理设计题目：某旋压机电液伺服系统的设计与仿真班级：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： 院 （系）：英才学院专 业： 班 号：任务起至日期： 2013年 2 月 25日至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：（s）=设计性能指标要求：（1）超调量 p 25%（2）调整时间 t s 0.25s（3）速度信号 V=min 时，误差 e（t）设计要求与步骤：（1）熟悉对系统

2、的要求，查阅资料。（2）人工设计利用半对数坐标值手工绘制系统校正前后及校正装置的 bode 图，并确定出 校正装置的传递函数。验算校正后系统是否满足性能指标要求。（3）计算机辅助设计利用 MATLAB语言对系统进行辅助设计、仿真和调试（4）确定校正装置的电路形式及其参数（5）撰写设计报告。具体内容包括如下五个部分：1）设计任务书2）设计过程 人工设计过程包括计算数据、系统校正前后及校正装置的 bode 图（在半对数坐标纸上） ,校正装置传递函数、性能指标验算数据。 计算机辅助设计过程包括 Simulink 仿真框图、 bode 图，阶跃响应曲线， 性能指标要求的其他曲线。3）校正装置电路图4）

3、设计结论5）设计后的心得体会工作计划安排：审题，分析设计指标要求，查阅资料1天人工计算，计算机辅助设计3天修改并优化设计3天完成课程设计说明书2天同组设计者及分工：无指导教师签字 年月 日教研室主任意见：教研室主任签字 年月日 *注：此任务书由课程设计指导教师填写。目录：题目要求与背景题目要求题目背景简介 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 计算系统设计要求的相角裕度 计算系统设计要求的剪切频率 为系统设计校正环节计算机辅助设计被控对象仿真控制器的设计 对校正后开环系统仿真 对控制器的开环系统仿真 对校正后闭环系统仿真对校正系统评估校正装置电路图 三

4、：基于根轨迹法的设计 人工设计原系统根轨迹图期望主导极点控制器的设计校正后系统仿真分析四：设计总结五：心得体会 六：参考文献七：附录：题目要求与背景题目要求技术要求： ；; ；速度信号 V=min 时，误差 e(t) 系统固有传递函数为：(s)=题目背景简介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

5、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每一脉冲的当量步长 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

6、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

7、应开发一种可靠、 价廉、 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， 增大电机械转换器的输出功率和适当简化伺服阀结构， 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

8、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

9、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 已知数据经过变换，成为国际单位制 若要求则需要满足按性能指标要求试取 则：(s)=由计算得知，原系统剪切频率相角裕度计算系统设计要求的相角裕度已知系统要求超调量 由经验公式可知： 1) ; 可求得 = = 即。计算系统设计要求的剪切频率由于 ， 可以使用下述经验公式：s求得： 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： 未经校正的系统系统设计要求即校正后系统对比分析得知， 此时的系统是在原系统满足稳态误差的设计要求后， 相角裕 度 不满足设计要求， 并且剪切频率 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：1. 在的相频特性找出如下频率：这一点所对应的频率将作为校正后的剪切频率。2. 在的幅频特性上找到 所对应的幅值 20lg| | 。在 Bode 图上找到处，有3. 为使校正后在 的幅频特性为 0dB,应有求出校正环节.75444. 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 校正环节参数 和5. 确定串