电液比例阀控活塞式液压摆动马达位置控制系统设计 .doc

电液比例阀控活塞式液压摆动马达位置控制系统设计 姓名： 李保琳 学号： 101201210 班级： 机械1002班 专业： 机械设计与制造及其自动化 学院： 机械工程学院 目录 第一章、设计任务和要求 2 1.1活塞式液压摆动马达的组成及工作原理 2 1.2设计并仿真分析电液比例阀控活塞式液压摆动马达位置控制系统 2 第二章、元器件选用 3 2.1液压油源 3 2.2电液比例方向阀 3 2.3比例放大器 4 第三章、电液比例阀控活塞式液压摆动马达位置控制系统数学模型 5 3.1系统数学模型的建立 5 3.2负载的等效处理 9 3.3系统传递函数参数确定 9 3.4系统特性分析 13 第四章、电液比例阀控马达速度控制系统PID控制 17 4.1PID控制器基本原理 17 4.2液压系统PID校正步骤 18 4.2对校正后的系统仿真 20 第五章、调整后系统的稳态误差分析 21 5.1指令输入引起的稳态误差 21 5.2负载干扰力矩引起的稳态误差 22 第六章、结论与展望 23 6.1结论 23 6.2问题与展望 23 参考文献 24  第一章、设计任务和要求 1.1活塞式液压摆动马达的组成及工作原理 活塞式液压摆动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，其结构原理如图所示。它由滚珠螺旋副、滚珠花键副、滚珠卸荷副、螺旋旋转输出套、导向套、传动轴、以及液压油缸组件等组成。摆动马达的工作原理为：液压油进入油缸驱动滚珠螺旋丝杆轴往复直线运动，滚珠螺旋丝杆轴驱动螺旋旋转输出套做往复摆动运动，滚珠花键导轨副防止螺旋丝杆轴转动。液压摆动马达有以下结构特点： 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。 图1-1液压摆动马达结构原理图 1.2设计并仿真分析电液比例阀控活塞式液压摆动马达位置控制系统 设计参数及性能要求：马达的最大旋转摆角为；最大转速，最大角加速度；液压缸以外运动部件受到干摩擦力矩为；液压缸的粘性摩擦系数为；负载转动惯量为，静态误差；相位裕量；增益裕量；液压弹性模量为。 1）计算液压缸的传递函数，并绘出系统控制方框图； 2）建立电液控制系统的数学模型； 3）用PID调节器对系统进行性能校正和仿真分析（校正前、后的伯德图、单位阶跃响应及正弦响应）。 第二章、元器件选用 2.1液压油源 开式泵选用德国力士乐原装进口的轴向柱塞恒压变量泵，特别适合开式回路，具有良好的自吸特性，连续工作压力可达35Mpa，噪声低、使用寿命长、功率重量比高，排量为125mL/r。阀控马达实验中，由该泵提供动力源。 2.2电液比例方向阀 泵经此电液比例方向阀控制活塞式液压摆动马达的流量和方向。 这里采用的是意大利ATOS公司生产的16通径的DPZO-L型三位四通先导式高性能电液比例方向阀，它主要由电-机械转换元件、先导式比例阀两部分组成，可根据输入电信号提供方向控制和无补偿的流量控制。这种高性能电液比例方向阀，是普通型电液比例方向阀进一步发展的结果，它的动态和稳态性能指标已达到了传统伺服阀的指标，其中一些指标甚至超过伺服阀。 DPZO-L型高性能电液比例方向阀具有两个位置传感器。一个在先导阀上，用来检测先导阀的阀芯位移，并反馈至比例放大器，从而形成先导级位移电反馈的作用，从而提高阀的运行可靠性以及优化阀的动态特性；而另一个在主阀阀芯上，用来检测主阀的阀芯位移，并反馈至比例放大器，从而形成从比例放大器给定信号至主阀芯位移的闭环位移控制，把比例放大器、电磁铁及先导阀都包含在闭环中了，提高了主阀芯的抗干扰（摩擦力、液动力的变化）能力，快速、正确地跟踪输入电信号的变化。所以DPZO-L型电液比例阀输入信号以双闭环形式精确地确定了阀芯调节，并且由于具有双传感器，动态性能高，响应快。 2.3比例放大器 比例放大器根据输入信号调整供给比例电磁铁的电流，电磁铁将此电流转换为作用于滑阀阀芯上的力，以克服弹簧的弹力。电流增大，输出的力相应增大，结果压缩复位弹簧使阀芯移动。 选用与比例阀相配用的E-ME-01型比例放大器，它的工作电源24V它与电液比例阀接线图如图2-1所示。 图中，W表示比例阀比例电磁铁插头，可将比例电磁铁线圈与比例放大器连接起来；两个S分别表示比例先导阀插头、主阀