液压控制系统结业论文
第四章 液压伺服系统设计
4.1 拟定系统原理图
因为是力控系统，而且要随动控制，控制精度要求高，所以选择闭环控制，响应要快所以选择阀控，由输入信号和反馈信号可知是电液伺服，综上所述系统方块原理图如图4.1所示。
ur力信号电压ucuf积分放大器 伺服阀 液压缸Fg 负载 m，K 力传感器
图4.1
4.2电液伺服阀传递函数
供油压力益为
Ksv?q0mIn?4.02?100.04-3ps?20Mpa时，阀的空载流量
q0m?4.02?10?3m/s3。电液伺服流量增
m/s?A?0.1m/s?A
33由样本查得电液伺服阀固有频率传递函数为
Q0?I?0.1s22?sv?560rad/s，阻尼比
ζsv=0.7。于是比例阀的
560?2?0.7560
s?14.3液压缸传递函数
取总压缩容积为：
Vt?3.5?2?Ap?3.5?2?3.14?8.04?10-2?1.77m
3式中，3.5是考虑无效容积的系数。
Kce?113取伺服阀的流量-压力系数为Kc?3.5?10ms?Pa，忽略液压缸泄露，则?Kc，取?e?7?108Pa
液压缸-负载环节的传递函数为：
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KqFgXV?(Kceswr?1)(22Ap(sw220swm??1)2?
0w0s?1)式中wm——负载的固有频率。wm?Kmt
wr——液压弹簧与负载弹簧串联偶合的刚度与阻尼系数之比， wr?KceA2p(1Kh?1K)
w0——液压弹簧与负载弹簧并联偶合的刚度与负载质量形成的固有频率 w0?wm1?KhK
?0——阻尼比，取0.2 带入数据得传递函数为：
1.21?102ss XV(?1)(?0.11s?1) ?60.54?1012.32通过以上确定的传递函数，可画出方坯校直机系统的方框图，如下 ?Fg2.3?10?92?8Kq(s?1) + K2 s220.1560?2?0.7560s?1 FgXv2.3?10?(s0.54?10?9?6?1)?81.21?102s?1)(?0.11s?1)12.32Kv(s2F — 2?10?2图4.2
4.4 确定闭环函数的传递函数及建立数学模型
通过以上对于各环节的计算可以确定闭环系统的开环传递函数，并建立方坯矫直机系统的数学模型如下：
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Gk(s)?B(s)?(s)?G1(s)?G2(s)?G3(s)?H(s)
由以上各环节传递函数计算得出结果G1(s)，G2(s)，G3(s)和H(s)联合计算得：
?1)?81.21?10Gk(s)?22s2?0.7ss(?s?1)(?1)(?0.11s?1)2?65605600.54?1012.324.6?10?11Kq(s2
化简得：GK(s)?s(6.9K2s22560?2?0.7560s?1)(s2213?1.4313
s?1)4.5 绘制系统开环伯德图并根据稳定性确定开环增益
对校直机系统绘制闭环伯德图，通过Matlab软件用频率法判定系统的稳定性，由方块图4.2绘制Kv=1时的开环伯德图，见图4.3。然后通过将图中零分贝线下移至某一点，使系统达到稳定性的条件
[11]：
?(wc)?30?~60?Kg(dB)?6dB
图4.3 当Kv=1时系统开环伯德图
为达到满足系统稳定性的必要条件：相角稳定裕度?=50°，通过Matlab软件绘
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制出bode图用频率法分析得到图4.4，可知满足系统稳定性的条件。计算出频域指标：幅值裕度Lh=12.12dB；穿越频率wg=12.7rad/s；剪切频率wc=5.85rad/s。此时系统增益裕量Kg=9.44dB，开环增益Kv=12
图4.4 当Kv=6时系统开环伯德图
由图4.3分析得系统的开环增益：
Kv?1?K2?0.1?33.3?2?6.7K2
所以放大器增益为：
K2?Kv6.7?126.7?1.94
4.6 求闭环系统的频宽
由系统传递函数的开环伯德图，通过尼柯尔斯图可以求得系统的闭环伯德图，如图4.5所示，由该图可得到闭环系统的频宽f0.7dB。通过图形曲线处理分析求得系统的截止频率wb，具体处理方式如下：对幅频特性M(w)的数值由零频幅值M(0)下降3dB时的频率称为系统的截止频率wb。故得到该闭环系统的频宽为
f0.7dB?w0.7dB2??562?Hz?8.92Hz
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总结：满足系统参数要求。
图4.5矫直机传递函数闭环bode图
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