液压元件与系统设计3

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=34~195r/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lr/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lr/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。%)5(3Tts%)2(4Tts21Ttdp21/epTn1211422dstN211322dstN21nd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3.81/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1MATLAB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。2MATLAB的基本矩阵运算简单矩阵输入键盘输入、语句生成矩阵运算矩阵的转置（复数conj）、矩阵的四则运算、矩阵的乘方、矩阵的超越函数、关系和逻辑运算矩阵操作矩阵下标、矩阵大小、矩阵操作函数、逻辑矩阵、矩阵查找和排序结束TheEndMATLAB可以象计算器一样进行一些简单的数学运算。MATLAB通常不考虑空格，并且计算结果赋给了变量ans(answer的缩写)。MATLAB中的变量是区分大小写的。Aa；aa。变量可以参与运算之中。Bb=aa*10。MATLAB命令窗中存储着输入的命令和创建的所有变量值，可以在任何需要的时刻被调用。多条命令可以放在一行中，之间可用逗号或者分号隔开。逗号告诉MATLAB显示结果，分号表示禁止。如果在一行中无法写下一个完整的命令，可以在行尾加入三个连续的点，表示命令余下的部分在下一行出现。百分号之后的所有文字为注释，注释为单行型。MATLAB遵守一般的计算优先规则：表达式从左向右执行，指数运算具有最高优先级，乘除法次之，加法和减法优先级最低。括号可以改变通用的优先级，由最内层括号向外执行。MATLAB可以使用光标键↑来调用前面的命令。在提示符后按一次↑键调出上一次命令；在提示符后键入命令的一部分，按↑键，可以遍历代有相应字头的最近的命令。MATLAB的命令行具有一般的编辑功能。返回变量区分字母的大小写；名字不能超过19个字符，第19个字符后的字符被忽略；变量必须以字母开头，之后可以是任意字母、数字或者下滑线；变量中不能含有标点符号。如果忘记了变量名，可以使用who命令查询。变量可以保存为数据文件，也可以从数据文件中读入。Save，load。将变量aa和bb保存在二进制数据文件中。如果希望保存为一般的文本文件，可以在save命令之后使用-ascii选项。将数据文件datas.mat中的输入读入命令窗口，如果不存在datas.mat则读datas文件，如果还是不存在，则报出错。如果是.mat文件，文件中包含变量名和值，并且可以是多个变量，如果是非.mat文件，即为文本文件，读入的变量名为文件的名字。loaddatas使用clear命令，可以清除工作空间的变量。Clearaabb。如果clear后为空，则将清除工作空间的所有变量，并且系统不会要求你确认这个命名，也不可能恢复，使用这个命令一定要注意。在clear变量后，使用pack命令可以优化内存空间。MATLAB中的一个强大功能为对复数不需要特殊的处理。tt=10-9i。复数运算不需要特殊处理，可以直接进行。MATLAB计算中所有的量为双字长浮点数，显示中为了方便，并不按照双字长浮点数进行显示。MATLAB显示数据时，遵循一定的规则。在缺省情况下，当结果为整数，MATLAB将它作为整数显示；当结果为实数，MATLAB以小数后4位的精度近似显示。如果结果中的有效数字超出了这一范围，MATLAB以科学计数法显示结果。可以使用format命令来改变显示格式，常用的的格式有：long(16位)、bank(2个十进制位)、short(缺省)、shorte(5位加指数)、longe(16位加指数)。返回对于简单问题，使用直接输入命令简单有效；对稍复杂和多次重复的应用，直接输入命令比较麻烦。MATLAB提供了逻辑解决方案，它允许用户把多个命令放在一个简单的文本文件中，如同在MATLAB中键入命令一般，这种文件称为脚本文件，由于脚本文件以m为扩展名，它常称为M文件。脚本文件为文本形式的，对跨平台处理十分有利。MATLAB5.0之后提供了内置的文件编辑器，用户也可以使用自己喜欢的文件编辑器生成脚本文件。将文件以m扩展名保存为exp1.m后，在MATLAB中简单的键入exp1就可以执行exp1.m中的命令。使用脚本文件，可以把命令保存在磁盘上，便于以后的访问；同时对使用大的数组也带来的方便；增加注释可以为脚本中的命令作文挡以免以后忘记。返回