比例阀

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：王杰

学号：100802128

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 (3)

1.活塞式液压摆动马达的组成及工作原理 (3)

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 (3)

第二章:元器件选用 (4)

1.液压油源 (4)

2.电液比例方向阀 (4)

3.比例放大器 (5)

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 (6)

1系统数学模型的建立 (6)

1.比例放大器传递函数 (6)

2.高性能电液比例方向阀传递函数 (6)

3.阀控活塞式液压摆动马达动力传递函数 (7)

1.电液比例阀的线性化流量方程 (7)

2.活塞式液压摆动马达的流量连续性方程 (7)

3.活塞式液压摆动马达轴上的力矩平衡方程 (8)

4.阀控活塞式液压摆动马达动力机构传递函数 (8)

4.位移传感器传递函数 (10)

5.阀控马达系统传递函数 (10)

1.惯性负载 (10)

2.外负载力矩 (11)

3.系统传递函数参数确定 (11)

1.比例放大器增益Ka (11)

2.电液比例阀稳态工作点流量增益Kq (11)

3.电液比例阀压力-流量系数Kc (12)

4.活塞式液压摆动马达参数 (13)

5.其它参数 (13)

3.4系统特性分析 (15)

1.开环传递函数 (15)

2.系统特性 (16)

第四章:电液比例阀控马达速度控制系统PID控制 (18)

1.PID控制器基本原理 (18)

2.液压系统PID校正步骤 (20)

1.传递函数转换 (20)

2.计算滞后转折频率 (20)

3.计算超前转折频率 (20)

4.计算校正装置增益 (21)

5.确定校正装置的传递函数 (21)

6.确定校正后系统的传递函数 (21)

4.2校正后的系统仿真 (21)

第五章:调整后系统的稳态误差分析 (22)

1.指令输入引起的稳态误差 (22)

2.负载干扰力矩引起的稳态误差 (24)

3.零漂和死区等引起的静态误差 (24)

第六章:结论 (25)

参考文献 (26)

第一章:设计任务和要求

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

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︒=50m θ；最大

转速s /30max ︒=ω，最大角加速度；液压缸以外运动部件受到干摩擦力矩为M m =15力矩为m kg M m ⋅=150；液压缸的粘性摩擦系数为s m kg B m /105.125⋅⨯=；负载转动惯量为218.4s m N J ⋅⋅=，静态误差︒≤2.0c e ；速度误差︒≤1.0v e 相位裕量︒=50][γ；增益裕量

dB L g 10][=；液压弹性模量为25/107000m N e ⨯=β。

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

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.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，