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液压元件与系统设计 * * —— 液压系统设计 （第五讲） 电液速度控制系统实例 速度控制系统给定设计参数为： 负载转动惯量 J＝0.43kg?m2 最大负载转矩 T＝49N·m 转速范围 n=34~195 r/min 供油压力 ps＝7.84MPa 速度传感器增益 Kfv＝0.19V·s/rad 性能指标为： 跟踪精度 ? l r/min 完成准确跟踪的时间 0.9s (1)决定系统控制方案 采用伺服阀控制液压马达的阀控系统。 (2)确定马达排量 取 则马达排量为 或 选取BMl—10摆线液压马达，其排量为Dm=102×10-6m3/r或Dm=163×10-7m3/rad (3)选择伺服阀规格 伺服阀流量为： 此时阀的压降为： 查伺服阀样本，选用QDY—C63型，额定电流为30mA，供油压力为7.84MPa时的额定空载流量为1.05×10-3m3／s。 (4)确定传递函数 (A)电液伺服阀的传递函数 伺服阀的增益 由样本得： 于是电液伺服阀的传递函数为 (B) 液压马达的传递函数 马达油腔容腔与伺服阀到马达间容积之和为 又取 则： 取： 于是液压马达的传递函数为 速度传感器的传递函数 积分放大器的传递函数 (5)绘制系统开环频率特性 由图可见，为了满足系统稳定性的条件，取开环频率特性的相位滞后180?点上的幅值裕量为6分贝，此时的角稳定裕量为87? ，由于幅值稳定裕量不能减小，所以穿越频率不能再增加。 (6)确定系统开环增益及积分放大器增益 开环增益： 由系统波德图知，在区间?＜?c内，L(?)是一条斜率为-20dB/dec的直线，所以： 求得积分放大器的增益为 (7)速度控制系统的开环传递函数 系统的开环传递函数为 (8)计算系统的稳态误差 因为系统是I型系统，对速度指令信号误差为零，满足了跟踪精度为?l r/min的要求。 (9)系统的仿真实验 由试验结果可见，现有系统是稳定的，没有超调，但上升过程有几次小的振荡。过渡过程在0.1秒以内结束，完全满足在0.9秒内完成准确跟踪的任务。 力控制系统设计实例 现要求设计一个如图的力控制系统。其设计参数及性能指标为： 液压缸最大速度： 1cm/s (1)液压缸的确定 根据力控制系统的控制特性，系统要在供油压力的95％状态下工作取负载压力pL＝0.95ps＝16.625MPa，则液压缸有效工作面积A＝Fm／pL＝54.2cm2， 令d／D＝0.5，则D＝9.59cm，取D＝10cm，d＝5.5cm，校核得A＝54.78cm2。 最大流量 (2)选择电液伺服阀 选定压力降为7MPa，输出流量为3.8 1/min的伺服阀。设阀的流量增益Kq，压力一流量增益Kc分别为 压力增益 阀的额定电流IR＝150mA，输出位移xv＝0.038cm，增益为 (3)力反馈传感器 输入力为Ff＝113000N，输出电压为Vf＝0.01V，其增益为 (4)静态特性 为得到? 5％静态控制精度，开环增益 取 K0＝25，电放大器增益 (5)动态特性 为了确定?l、?2，要计算油的压缩性，设油路的阻尼系数 其中V是液压缸的总油腔容积，为确保行程充裕，选择工作行程大于10cm行程的液压缸，取行程为x＝15cm的液压缸，计算液压缸容腔V＝Ax =8.22×10-4m3，假设?4＝14×108Pa，则此时油路阻尼系数C＝0.146×10-12m3／(N／m2)。根据油的压缩性，计算弹性系数 把这个值与k比较，可知控制系统在 的情况下工作，负载弹簧k＝180000N／cm时 负载弹簧k＝9000N／cm时 取开环增益为25，根据开环放大特性求出穿越频率： 负载弹簧k＝180000N／cm时 负载弹簧k＝9000N／cm时 对应于?3的阻尼比 ?3的共振峰值超过了零分贝轴，这是造成系统不稳定的原因。 频率?2、?3与负载质量有关，由负载弹簧刚度的最大值决定。 k＝180000N／cm时，弹簧的计算频率为 ， 使得系统的超调量减少。 为此在?2前的一个频率处加入一个校正环节 MATLAB介绍 1 MATLAB基本使用 界面简介； 简单的数学运算； MATLAB变量； 脚本和帮助； 脚本文件、在线帮助。 2 MATLAB的基本矩阵运算 简单矩阵输入 键盘输入、语句生成 矩阵运算 矩阵的转