自动控制原理课程设计方案——旋压机电液伺服系统设计方案
电液伺服控制系统的设计
电液伺服控制系统的设计与仿真引言电液伺服系统具有响应速度快、输出功率大、控制精确性高等突出优点，因而在航空航天、军事、冶金、交通、工程机械等领域得到广泛应用。
随着电液伺服阀的诞生，使液压伺服技术进入了电液伺服时代，其应用领域也得到广泛的扩展。
随着液压系统逐渐趋于复杂和对液压系统仿真要求的不断提高，传统的利用微分方程和差分方程建模进行动态特性仿真的方法已经不能满足需要。
因此，利用AMESim、Matlab／Simulink等仿真软件对电液伺服控制系统进行动态仿真，对于改进系统的设计以及提高液压系统的可靠性都具有重要意义。
1 液压系统动态特性研究概述随着液压技术的不断发展与进步和应用领域与范围的不断扩大，系统柔性化与各种性能要求更高，采用传统的以完成执行机构预定动作循环和限于系统静态性能的系统设计远远不能满足要求。
因此，现代液压系统设计研究人员对系统动态特性进行研究，了解和掌握液压系统动态工作特性与参数变化，以提高系统的响应特性、控制精度以及工作可靠性，是非常必要的。
1.1 液压系统动态特性简述液压系统动态特性是其在失去原来平衡状态到达新的平衡状态过程中所表现出来的特性，原因主要是由传动与控制系统的过程变化以及外界干扰引起的。
在此过程中，系统各参变量随时间变化性能的好坏，决定系统动态特性的优劣。
系统动态特性主要表现为稳定性（系统中压力瞬间峰值与波动情况）以及过渡过程品质（执行、控制机构的响应品质和响应速度）问题。
液压系统动态特性的研究方法主要有传递函数分析法、模拟仿真法、实验研究法和数字仿真法等。
数字仿真法是利用计算机技术研究液压系统动态特性的一种方法。
先是建立液压系统动态过程的数字模型——状态方程，然后在计算机上求出系统中主要变量在动态过程的时域解。
该方法适用于线性与非线性系统，可以模拟出输入函数作用下系统各参变量的变化情况，从而获得对系统动态过程直接、全面的了解，使研究人员在设计阶段就可预测液压系统动态性能，以便及时对设计结果进行验证与改进，保证系统的工作性能和可靠性，具有精确、适应性强、周期短以及费用低等优点。
电液数字伺服系统设计（1）
电液数字伺服系统设计（1）
电液伺服阀是一个独立的液压元件，可以与液压缸匹配成数控液压缸，也可以与液压马达匹配成数控液压马达。
在工作时，由数字控制系统来控制步进电机的运转状态，步进电机的负载是细而短的芯轴，转动惯量很小，而系统的输出功率和行程由与之匹配的液压缸或液压马达的尺寸和所使用的液压决定，可在较大范围内灵活选择，能实现各种速度、各种行程的多种控制。
1 电液伺服阀与液压缸匹配使用
电液伺服阀与液压缸匹配使用如图56所示。
当有电脉冲输入步进电机1时，步进电机根据指令顺时针或逆时针旋转，联轴节2带动芯轴3随步进电机转动。
反馈螺母5不能轴向移动，芯轴3便产生轴向位移，带动阀杆4轴向位移，打开油缸的进、回油通道a、b，油压推动活塞杆6轴向位移，方向与阀杆4相反。
由于活塞杆6不能转动，活塞杆6轴向位移迫使活塞杆6中心的反馈螺杆旋转，带动阀的反馈螺母5产生角位移，旋向与步进电机旋向相同，使芯轴3产生反向轴向位移。
当位移量使阀杆4关闭油缸的进回油通道，活塞杆6就停止移动，油缸完成了一次脉冲动作。
油缸移动的速度和位移量由计算机程序控制，步进电机的步距角、芯轴3螺距和油缸反馈螺杆的导程，决定芯轴3和活塞杆6的脉冲当量，不同匹配可获得不同的脉冲当量。
图56 液压缸结构图
1-步进电机，2-联轴节，3-芯轴，4-阀杆，5-反馈螺母，6-活塞杆，a、b-进、回油通道。
电液位置控制系统设计
电液伺服位置控制系统的设计与分析一、系统的设计要求设有一数控机床工作台的位置需要连接控制，进行电液位置控制系统设计。
其技术要求为：指令速度信号输入时引起的速度误差为： ev ＝5mm 干扰输入引起的位置误差为： epf = 0.2mm 给定设计参数为： 工作台质量 m ＝1000 kg 最大加速度 a max ＝1m/s 2 最大行程 S ＝50 cm 最大速度 v=8cm/s 工作台最大摩擦力 Ff ＝2000N最大切削力 Fc ＝500 N 供油压力ps ＝6.3MPa 反馈传感器增益Kf ＝1V ／cm二、系统的分析图1为某数控机床工作台位置伺服系统的系统方框原理图。
由于系统的控制功率较小、工作台行程较大，所以采用阀控液压马达系统。
用液压马达驱动，通过滚珠丝杠装置把旋转运动变为直线运动。
图1 系统方框图三、工作台负载分析工作台负载主要由切削力c F 、摩擦力f F 和惯性力a F 三部分组成。
假定系统在所有负载都存在的条件下工作，则总负载力为：max L c f a F F F F =++=3500N （1）四、动力元件参数选择（1） 工作台由液压马达经减速器和滚珠丝杠驱动。
根据力矩平衡方程，减速器输入轴力矩L T ：/2L L T F t i π= （2）其中：t 为丝杠导程；i 为减速器传动比 液压马达最大转速max n 为：max max /n iv t = （3）其中：max v 为工作台的最大运动速度。
液压马达所需排量m Q 为6322/510m m L L Q D T p m ππ-===⨯ （4）其中：L p 为液压马达负载压力，一般取L p ＝23sp ，s p 为液压系统压力，m D 为液压马达弧度排量。
根据条件：i ＝2，t ＝1.2×210-m/r ，s p ＝63×105Pa 由式（2）、式（4）计算得：m D ＝0.8×610-3m /rad 所以，液压马达负载流量L q 为：536.6710/L q m s -=⨯ （5）伺服阀压降v p 为：max v s L p p p =- （6）考虑泄漏等影响，L q 增大15％， 4.6/min L q L =。
伺服课程设计1
；
am——液压缸运动的最大加速度，
x & y
结晶器端的位移 y 与液压缸端的位移
x
的关系为
y = K −1 x
& & 结晶器端的速度 y 与液压缸端的速度 x 的关系为
y = k −1 x
x y 结晶器端的加速度 && 与液压缸端的加速度 && 的关系为系为
••
•
（2） 液压动力元件的动特性 ） ① 建立液压动力元件的数学模型 液压动力元件的动特性可由动力元件的三个基本方程来表示， 即：电液伺服阀的流量方程、液压缸的连续性方程与液压缸与负 载运动部件的动力学平衡方程。由本课题分析可知，本结晶器系 统负载折算到液压缸上的负载有等效惯性负载、粘性阻尼负载、 干摩擦负载Ff和重力负载G等，立出该伺服系统动力元件的三个 基本方程。再根据这三个基本方程的拉氏变换式推出该液压动力 元件的输出方程，如下式。
四．系统主要设计参数 （见任务书） 五．课程设计各阶段的工作及进度
K ce = K c + Ctp
K c 为阀的流量-压力系数，由阀的零位泄漏决定
ql Kc = ps
Ctp为液压缸的泄漏系数.
ωh
——动力元件的液压固有频率，
ωh =
2 4β e Ap
Vt mt
7 × 10 8 p a
其中 βe——油液的等效体积模量，一般取
m ——结晶器折算到液压缸的等效质量， mt = m k 2 t
课程设计课题介绍： 二． 课程设计课题介绍：
课题名称： 课题名称：连铸结晶器电液伺服振动系统的设计
连铸结晶器简解
Fg = p g Ag = mg ⋅ l 2 / l 3
自控课程设计-基于PID的电液位置伺服系统分析
基于PID的电液位置伺服系统分析摘要电液位置伺服系统是一种由电信号处理装置和液压动力机构组成反馈控制系统。
它综合了电气和液压两方面的优点，具有控制精度高、响应速度快、输出功率大、信号处理灵活、易于实现各种参量的反馈等优点。
其应用已遍及国民经济的各个领域。
本文主要通过matlab软件中的simulink工具，对电液位置伺服系统进行PID调节，并且利用临界比例度法进行参数整定，采用微分先行的方法对PID控制器进行改良，最终使系统的快速性、稳定性、准确性明显提高。
关键词电液位置伺服系统; PID控制; 临界比例度法; 微分先行Analysis of Electro-hydraulic Position Servo System Based onPIDABSTRACT Electro-hydraulic position servo system is a signal processing unit and the hydraulic power agencies feedback control system. It combines both electrical and hydraulic advantages of high control precision, fast response, high output power, signal processing, flexible, easy to implement various parameters of the feedback and so on. Its application has been throughout all areas of the national economy. In this paper, by using simulink software tools, electro-hydraulic position servo system PID control, and the use of critical ratio method for parameter tuning, using the method of differential forward PID controller for improvement, and ultimately make the system fast, stability, significantly improved accuracy.Key words electro-hydraulic position servo system; PID control; critical ratio method; differential forward1.引言电液伺服系统是一种由电信号处理装置和液压动力机构组成的反馈控制系统。
电液伺服控制系统的设计
Ap ——液压缸活塞的有效面积；x p ——活塞的位移； 液压缸活塞的有效面积； 活塞的位移； 液压缸活塞的有效面积 活塞的位移 Ctp--总泄漏系数；Vt——液压缸进油腔的容积；βe—— 总泄漏系数； 液压缸进油腔的容积； 总泄漏系数 液压缸进油腔的容积 系统的有效体积弹性模量。 系统的有效体积弹性模量。
电液位置伺服控制系统以液体作为动 电液位置伺服控制系统以液体作为动 力传输和控制介质，利用电信号进行控制 力传输和控制介质， 输入和反馈。 输入和反馈。只要输入某一规律的输入信 执行元件就能启动、 号，执行元件就能启动、快速并准确地复 现输入量的变化规律。 现输入量的变化规律。电液位置伺服控制 系统是最为常见的液压控制系统， 系统是最为常见的液压控制系统，实际的 伺服系统无论多么复杂， 伺服系统无论多么复杂，都是由一些基本 元件组成的。系统的核心是电液伺服阀， 元件组成的。系统的核心是电液伺服阀， 它的性能直接影响甚至决定整个系统的性 功用十分重大。 能，功用十分重大。
系统数学模型的建立
(式中 k1=1/Ap) 计算得到负载扰动引起的稳态 误差为：ess=0.057×10-3（m）
（1）比例阀线性化流量方程 ） Q L = K q xv − K c p L （1） ） 式中K 比例阀流量增益； 比例阀流量－ 式中 q——比例阀流量增益；K c ——比例阀流量－压力 比例阀流量增益 比例阀流量 系数； 负载压力； 比例阀阀芯位移。 系数；p L——负载压力；xv——比例阀阀芯位移。 负载压力 比例阀阀芯位移 （2）伺服油缸流量连续性方程 ）
系统的阶跃响应曲线
从上两幅图中可以看出， 从上两幅图中可以看出，系统的幅值裕度 与相角稳定裕度均为负值， 与相角稳定裕度均为负值，阶跃响应曲线 为发散振荡，说明系统是不稳定的， 为发散振荡，说明系统是不稳定的，必须 校正。 校正。
伺服控制系统课程设计
伺服控制系统课程设计一、教学目标本节课的教学目标是使学生掌握伺服控制系统的基本原理、组成和应用，能够分析简单的伺服控制系统，并具备初步的设计和调试能力。
具体目标如下：1.知识目标：（1）了解伺服控制系统的定义、分类和基本原理；（2）掌握伺服控制系统的组成及其作用；（3）熟悉伺服控制系统的应用领域。
2.技能目标：（1）能够分析简单的伺服控制系统；（2）具备伺服控制系统的设计和调试能力；（3）学会使用相关仪器仪表和软件进行伺服控制系统的分析和设计。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生的创新意识和团队合作精神；（2）增强学生对自动化领域的兴趣和责任感；（3）提高学生解决实际问题的能力。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括以下几个部分：1.伺服控制系统的定义、分类和基本原理；2.伺服控制系统的组成及其作用；3.伺服控制系统的应用领域；4.伺服控制系统的设计和调试方法；5.相关仪器仪表和软件的使用。
三、教学方法为了达到本节课的教学目标，将采用以下教学方法：1.讲授法：讲解伺服控制系统的基本原理、组成和应用；2.讨论法：引导学生讨论伺服控制系统的设计和调试方法；3.案例分析法：分析具体的伺服控制系统实例，加深学生对知识的理解；4.实验法：让学生动手进行伺服控制系统的设计和调试，提高实际操作能力。
四、教学资源为了支持本节课的教学内容和教学方法，将准备以下教学资源：1.教材：伺服控制系统相关教材；2.参考书：介绍伺服控制系统的相关书籍；3.多媒体资料：课件、视频、图片等；4.实验设备：伺服控制系统实验装置；5.软件：伺服控制系统分析和设计软件。
五、教学评估为了全面、客观地评估学生的学习成果，将采用以下评估方式：1.平时表现：通过观察学生在课堂上的参与程度、提问回答等情况，了解学生的学习状态；2.作业：布置与课程内容相关的作业，检查学生对知识的理解和应用能力；3.考试：定期进行考试，检验学生对课程知识的掌握程度；4.实验报告：评估学生在实验过程中的操作能力和分析问题的能力；5.小组项目：评估学生在团队合作中的表现以及对知识的综合运用能力。
电液伺服控制系统(含实验内容)教学大纲
《电液伺服控制系统》（含实验内容）教学大纲课程编码：08241068课程名称：电液伺服控制系统英文名称：electro-hydraulic servo control system开课学期：1学时/学分：30 （其中实验学时：4 ）课程类型：专业课开课专业：机械电子工程专业本科生选用教材：《液压伺服控制系统》王春行主编主要参考书：执笔人：刘昕晖一、课程性质、目的与任务本课程为机械电子工程专业本科生专业选修课。
通过对本课程的学习使学生了解液压伺服控制的基本理论、液压伺服控制元件和液压伺服控制系统等知识，了解液压伺服控制元件和系统的作用原理、特性分析及设计计算等。
二、教学基本要求1．了解电液伺服系统的基本概念2．了解液压伺服控制的基本理论、基本方法。
3．了解液压伺服控制元件和液压伺服控制系统组成和基本原理。
4．了解液压伺服控制元件和系统的特性分析及初步设计计算方法。
三、各章节内容及学时分配第一章液压伺服控制系统概述（2学时）本章介绍液压伺服控制系统的工作原理、组成、分类、优缺点和应用。
通过本章的学习，可以对液压伺服控制系统有一个大致的了解。
1．1 液压伺服控制系统的工作原理和组成一、液压伺服控制系统的工作原理二、液压伺服控制系统举例三、液压伺服控制系统的组成1．2 液压伺服控制系统的分类一、按输入信号的变化规律分类二、按系统输出量的名称分类三、按驱动装置的控制方式和控制元件的类型分类四、按信号传递介质的形式分类五、按液压动力机构是否对称分类1．3 液压伺服控制系统的优缺点一、液压伺服控制系统的优点二、液压伺服控制系统的缺点1．4 液压伺服控制系统的发展和应用概况第二章液压放大元件（4学时）液压放大元件是液压伺服系统中的一种主要控制元件，它们的性能直接影响到液压伺服系统购工作品质，因此必须对它们的特性及设计淮则进行研究。
液压放大元件可以是液压伺服阀或伺服变量泵。
本章只讨论液压伺服阀，包括滑阀、喷嘴挡板阀和射流管阀。
电液伺服系统的设计与实现
电液伺服系统的设计与实现随着科技的不断发展，机械设备的功能和性能要求也越来越高。
而在众多机械设备中，电液伺服系统以其优良的性能和高效的工作模式，已经成为了广泛应用的设备之一。
本文将就电液伺服系统的设计和实现进行讨论，以期提高其性能和工作效率。
一、电液伺服系统的组成电液伺服系统是由3个部分组成的：电子控制单元、电液传动系统和执行机构。
1. 电子控制单元电子控制单元包括控制器和信号处理器，控制器是整个系统的核心。
它可以接收来自传感器的反馈信息，根据内部程序计算出控制信号，并输出到执行机构，实现对执行机构的精确控制。
2. 电液传动系统电液传动系统是整个电液伺服系统的动力源，它包括电液转换器、电动机、泵、油箱、阀门等组成。
电动机通过传动装置，驱动泵产生压力液体，液体经过阀门进入执行机构，实现机械臂等动作。
3. 执行机构执行机构是电液伺服系统的输出节点，它通过接收液压驱动，转换为机械运动。
在典型的电液伺服系统中，执行机构通常包括液压缸、液压马达、液压单元等。
二、电液伺服系统的优点1. 精度高因为电液伺服系统可以接收来自传感器的反馈信息，根据内部程序计算出控制信号，并输出到执行机构，实现对执行机构的精确控制，所以其控制精度很高，可以满足高精密度机械设备的要求。
2. 动态性能好电液伺服系统的调节速度快，反应灵敏。
它不仅可以适应于各种工况的需要，而且可以根据需要进行控制和调节。
相比之下，其他传动系统难以满足这些要求。
3. 可扩展性强电液伺服系统的结构比较清晰，它根据要求可以进行功能扩展。
同时，它也可以与其他的控制系统进行集成，如PLC、CAN总线等。
三、电液伺服系统的设计电液伺服系统的设计必须根据所需的实际应用来进行，下面简单介绍了一些设计方法。
1. 系统参数计算电液伺服系统的设计一定要进行系统参数计算，以确保正确的系统工作。
主要包括负载惯性、运动速度、加速度、油液流量、泵、马达的型号、离合器等参数的计算。
2. 控制系统设计控制系统设计是电液伺服系统设计的核心问题。
电液伺服控制课程设计
电液伺服控制课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解电液伺服系统的基本原理，掌握其主要组成部分及功能；2. 掌握电液伺服系统的数学模型，了解其动态特性和稳态特性；3. 学会分析电液伺服系统的性能指标，了解影响性能的主要因素；4. 掌握电液伺服系统的控制策略，了解不同控制算法的优缺点。
技能目标：1. 能够运用所学知识对电液伺服系统进行数学建模；2. 能够设计简单的电液伺服控制系统，并进行性能分析；3. 能够运用仿真软件对电液伺服系统进行仿真实验，验证控制策略的有效性；4. 能够对实际电液伺服系统进行调试和优化，提高系统性能。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对电液伺服控制系统及其应用的兴趣，激发创新意识；2. 培养学生严谨的科学态度，注重理论与实践相结合；3. 培养学生团队协作精神，提高沟通与交流能力；4. 增强学生对我国液压事业的认同感，树立为国家和民族工业发展贡献力量的信念。
课程性质：本课程为专业技术课程，以理论教学与实践操作相结合的方式展开。
学生特点：学生具备一定的电工电子基础，具有较强的学习能力和动手能力。
教学要求：注重理论联系实际，强化实践教学，提高学生的实际操作能力。
将课程目标分解为具体的学习成果，以便在教学过程中进行有效评估和调整。
二、教学内容1. 电液伺服系统原理及组成部分- 液压基础知识回顾- 电液伺服系统的定义、分类及应用- 主要组成部分（液压泵、液压缸、伺服阀、传感器等）及其功能2. 电液伺服系统的数学建模- 系统的动态方程建立- 系统的稳态方程建立- 模型参数的识别与验证3. 电液伺服系统性能分析- 系统稳定性分析- 系统快速性分析- 系统精确性分析4. 电液伺服控制策略- 常用控制算法（PID控制、模糊控制、自适应控制等）- 控制算法的优缺点分析- 控制策略的设计与优化5. 电液伺服系统仿真与实验- 仿真软件的使用方法- 搭建仿真模型与实验平台- 仿真与实验结果的对比分析6. 电液伺服系统调试与优化- 系统调试方法与技巧- 常见故障分析与处理- 系统性能优化方案教学内容安排与进度：根据课程目标和教材章节，分阶段进行教学，确保内容的系统性和连贯性。
伺服控制课程设计-电液位置伺服系统的设计与仿真
伺服控制课程设计 —— ——伺服控制课程设计
指导老师： 小组成员：机械工程及自动化
伺服控制的设计与仿真................................................................................................... 1 任务分工情况................................................................................................................................... 2 电液位置伺服系统的设计与仿真................................................................................................... 5 摘要................................................................................................................................................... 5 引言................................................................................................................................................... 5 一、设计任务与要求..............................................................
某旋压机电液伺服系统的设计与仿真课程设计说明-8页word资料
Harbin Institute of Technology课程设计说明书课程名称：自动控制原理设计题目：某旋压机电液伺服系统的设计与仿真班级：设计者：学号：指导老师：王述一设计时间： 2019年2月----3月哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学课程设计任务书系统固有传递函数为：(s)=设计性能指标要求： （1）超调量25%p σ≤（2）调整时间0.25s t s ≤（3）速度信号V=0.5m/min 时，误差e(t)设计要求与步骤：（1）熟悉对系统的要求，查阅资料。
（2）人工设计利用半对数坐标值手工绘制系统校正前后及校正装置的bode 图，并确定出校正装置的传递函数。
验算校正后系统是否满足性能指标要求。
（3）计算机辅助设计利用MATLAB 语言对系统进行辅助设计、仿真和调试 （4）确定校正装置的电路形式及其参数（5）撰写设计报告。
具体内容包括如下五个部分：1）设计任务书 2）设计过程人工设计过程包括计算数据、系统校正前后及校正装置的bode 图（在半对数坐标纸上）,校正装置传递函数、性能指标验算数据。
计算机辅助设计过程包括Simulink 仿真框图、bode 图，阶跃响应曲线，性能指标要求的其他曲线。
3）校正装置电路图 4）设计结论5）设计后的心得体会*注：此任务书由课程设计指导教师填写。
目录一：题目要求与背景………………………………………………………………….1.1 题目要求1.2题目背景简介二：基于频率响应法的设计2.1 人工设计2.1.1设计满足稳态误差要求的未校正系统的开环频率特性2.1.2计算系统设计要求的相角裕度2.1.3计算系统设计要求的剪切频率2.1.4为系统设计校正环节2.2 计算机辅助设计2.2.1被控对象仿真2.2.2控制器的设计2.2.3对校正后开环系统仿真2.2.4对控制器的开环系统仿真2.2.5对校正后闭环系统仿真2.2.6 对校正系统评估2.3 校正装置电路图三：基于根轨迹法的设计3.1人工设计3.1.1 原系统根轨迹图3.1.2 期望主导极点3.1.3控制器的设计3.1.4 校正后系统仿真分析四：设计总结五：心得体会六：参考文献七：附录：一：题目要求与背景1.1 题目要求技术要求：；;；速度信号V=0.5m/min时，误差e(t)系统固有传递函数为：(s)=1.2题目背景简介电液伺服控制起源于主要在军事工程领域发展起来的电液控制技术，而电液比例控制技术，是针对伺服控制存在的诸如功率损失大、对油液过滤要求苛刻、制造和维护费用高。
电液位置伺服系统设计方法
式中：ω h为液压固有频率，Hz；ξ h为液压阻尼比 式中：β C为系统的有效体积弹性摸数，MPa；Vt为液压马达的容积，m3； Jt为工作台质量算到液压马达轴的转动惯量为Jt考虑齿轮、丝杠和液压马 达的惯量取 ，并取液压马达的容积 ，则液压固有频率为： 假定阻尼比仅由阀的流量－压力系数产生。零位流量－压力系数 Kc0 近似计算为:
G (s) H (s) s( Kv s 2 0.5 s2 2 1.24 1)( s 1) 2 2 600 600 388 388
2
K v K a 4216 106 1.25 106 9.56 10 4 100 504 K a
式中：Ka为放大器增益。 根据以上确定的传递函数，用 Simulink 可绘制出机床工作台液压伺服系统 的仿真模型，如图 2 所示，仿真参数如表 1 所示。
式中： vmax
为工作台的最大运动速度。
nmax
max
t
由液压马达输出力矩表达式可知，液压马达所需排量 Qm
Qm 2 Dm 2 TL / pL
为
式中： 为液压马达负载压力，MPa，一般取 PL 2 Ps / 3 为液压系统压力，MPa；Dm 为液压马达弧度排量 m3 / rad 已知：i＝2， t 1.2 102 m / r ps 63 105 Pa 由式（2）、式（4）计算得： Dm 0.8 106 m3 / rad q 所以，液压马达负载流量 为：L Qm nmax （5） pV ps pL max （6） 伺服阀压降pV 为： 考虑泄漏等影响， qL 增大15％， qL ＝4.6 L/min。 qL qL 根据和，查手册得额定流量，选择液控型变量柱塞泵和电液伺服阀。
＞10 Hz
电液位置伺服控制系统设计方法
液压马达的最大转速为
所以负载流量为
此时伺服阀的压降为
考虑到泄漏等影响，将 增大15%，取 =3.4L/min。根据 和 ，查得额定流量为6L/min的阀可以满足要求，该阀额定电流为
5.选择位移传感器增益 ，放大器增益 确定
(三)计算系统的动态品质
1.确定各组成元件的传递函数，画出系统的方块图
电液位置伺服控制系统设计方法
电液位置伺服控制系统设计方法
电液位置伺服控制系统设计方法
电液位置伺服系统是最基本和最常用的一种液压伺服系统，如机床工作台的位置、板带轧机的板厚、带材跑偏控制、飞机和船舶的舵机控制、雷达和火炮控制系统以及振动试验台等。在其它物理量的控制系统中，如速度控制和力控制等系统中，也常有位置控制小回路作为大回路中的一个环节
2.绘制系统开环伯德图并根据稳定性确定开环增益
由方块图5绘制 =1时的开环伯德图，见图6.。然后将图中零分贝线下移至 ，使相位欲量 ，此时增益欲量 ,穿越频率 ，开环增益 1/S
由方块图5得开环增益
1/s=504 1/s
所以放大器增益为
3.求闭环系统的频宽
由图6所示的开环伯德图，通过尼克尔斯图可以求得系统的闭环伯德图，如下图7所示
(一)组成控制系统原理图
由于系统的控制功率比较小、工作台行程比较大，所以采用阀控液压马达系统。系统方块原理如图1
（二）由静态计算确定动力元件参数，选择位移传感器和伺服放大器
1．绘制负载轨迹图
负载力由切削力 ，摩擦力 和惯性力 三部分组成。摩擦力具有“下降”特性，为了பைடு நூலகம்化，可认为与速度无关，是定值，取最大值 = 1500N惯性力按最大加速度考虑
电液位置伺服系统主要是用于解决位置跟随的控制问题，其根本任务就是通过执行机构实现被控量对给定量的及时和准确跟踪，并要具有足够的控制精度。电液伺服系统的动态特性是衡量一套电液伺服系统设计及调试水平的重要指标。它由电信号处理装置和若干液压元件组成，元件的动态性能相互影响，相互制约及系统本身所包含的非线性，致使其动态性能复杂。因此，电液伺服控制系统的设计及仿真受到越来越多的重视。
电液位置伺服控制系统设计
“速度”误差 ev 1mm （指令为“速度”输入，即斜坡输入）；
频带宽度 f3dB 10Hz 。
3 仿真实验
3.1 仿真实验参数 仿真实验已知参数见如下： Fc 400N ； Ff 1600N ； vmax 0.08m / s ； amax 1.2m / s2 ； mt 800kg ；
感器）将位移信号转化为电信号反馈到输入端构成负反馈闭环控制系统。反馈信 号与输入信号比较得到差压信号，然后把差压信号通过伺服放大器转化为电流信 号，送入电液伺服阀（电液转换、功率放大元件）转换为大功率的液压信号（流 量与压力）输出，从而使液压马达的四通滑阀有开口量就有压力油输出到液压马 达，驱动液压马达带动减速齿轮转动，从而带动滚珠丝杠运动。因滚珠丝杠与工 作台相连所以当滚珠丝杠 运动时，工作台也发生相应的位移。
为: K f
Uf xp
式中:U f 为反馈电压信号； xp 为工作台位移。
根据以上确定的传递函数，可绘制出数控机床工作台位置伺服系统的模型如图 3 所示。 图 3 见草稿。 故系统的开环传递函数为：
GsH s
Kv
s
s2 2
sv
2 sv sv
s
1
s2 h2
2h h
s
1
式中：开环增益系数 Kv 为： Kv Ka K sv K s K f / Dm
图 1 数控机床工作台位置伺服系统物理模型 系统方框图如图 2 所示。
图 2 数控机床工作台位置伺服系统方框图 数控机床工作台位置伺服系统是指以数控机床工作台移动位移为控制对象 的自动控制系统。位置伺服系统作为数控机床的执行机构，集电力电子器件、控 制、驱动及保护为一体。数控机床的工作台位置伺服系统输出位移能自动地、快 速而准确地复现输入位移的变化，是因为工作台输出端有位移检测装置（位移传
电液伺服控制系统的设计
电液伺服控制系统的设计————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：2电液伺服控制系统的设计与仿真引言电液伺服系统具有响应速度快、输出功率大、控制精确性高等突出优点，因而在航空航天、军事、冶金、交通、工程机械等领域得到广泛应用。
随着电液伺服阀的诞生，使液压伺服技术进入了电液伺服时代，其应用领域也得到广泛的扩展。
随着液压系统逐渐趋于复杂和对液压系统仿真要求的不断提高，传统的利用微分方程和差分方程建模进行动态特性仿真的方法已经不能满足需要。
因此，利用AMESim、Matlab／Simulink等仿真软件对电液伺服控制系统进行动态仿真，对于改进系统的设计以及提高液压系统的可靠性都具有重要意义。
1 液压系统动态特性研究概述随着液压技术的不断发展与进步和应用领域与范围的不断扩大，系统柔性化与各种性能要求更高，采用传统的以完成执行机构预定动作循环和限于系统静态性能的系统设计远远不能满足要求。
因此，现代液压系统设计研究人员对系统动态特性进行研究，了解和掌握液压系统动态工作特性与参数变化，以提高系统的响应特性、控制精度以及工作可靠性，是非常必要的。
1.1 液压系统动态特性简述液压系统动态特性是其在失去原来平衡状态到达新的平衡状态过程中所表现出来的特性，原因主要是由传动与控制系统的过程变化以及外界干扰引起的。
在此过程中，系统各参变量随时间变化性能的好坏，决定系统动态特性的优劣。
系统动态特性主要表现为稳定性（系统中压力瞬间峰值与波动情况）以及过渡过程品质（执行、控制机构的响应品质和响应速度）问题。
液压系统动态特性的研究方法主要有传递函数分析法、模拟仿真法、实验研究法和数字仿真法等。
数字仿真法是利用计算机技术研究液压系统动态特性的一种方法。
先是建立液压系统动态过程的数字模型——状态方程，然后在计算机上求出系统中主要变量在动态过程的时域解。
自动控制原理课程设计方案——旋压机电液伺服系统设计方案
第一章绪论1.1题目概述由原题目已知数据可画出系统方框图：已知技术参数和设计要求：（1）σp≤25%; t s≤0.25s;（2）速度信号V=0.5m/min时，误差e(t)≤0.05mm;1 .2旋压机电液伺服系统背景简介旋压技术是先进制造技术的重要组成部分,是局部连续塑性成形工艺,属于回转成形范畴,主要用于形成薄壁空心回转体零件。
该技术广泛应用于航空航天、火箭、导弹、兵器等军事工业和通用机械、汽车等民用工业中。
旋压机的仿形系统对旋压加工产品的质量及加工精度的影响至关重要。
大型立式强力旋压机采用的是电液仿形技术,其液压系统包含了旋轮座纵向和横向液压系统、辅助系统等主要系统。
旋轮座横向电液伺服系统和纵向电液伺服系统组成了旋轮座仿形系统,该系统利用电液比例伺服阀控制液压油缸活塞杆的位移量,并通过按加工精度要求输入预定变化规律的控制信号来实现对位移量的精确控制,从而达到所要求的加工精度。
采用电液比例伺服控制技术不仅改善了系统的控制性能,而且大大简化了液压系统,降低了费用,同时还提高了系统的可靠性。
旋压技术，也叫金属旋压成形技术，是通过旋转使工件受力点由点到线由线到面，同时在某个方向给予一定的压力使金属材料沿着这一方向变形和流动而成形为某一形状的技术。
旋压成形过程是将金属板料或空心零件的毛坯固定在旋压机的芯模上，在毛坯随机床转动同时，用旋轮将毛坯逐点压下，使其形状或者壁厚发生局部连续塑性变形，从而制成所需的产品的成形过程。
可以生产更接近最终形状(净性)的金属零件。
这里，金属材料必须具有塑性变形或流动性能，旋压成形也不等同于塑性变形，它是集塑性变形和流动变形的复杂过程，特别需要指出的是，我们所说的旋压成形技术不是单一的强力旋压或普通旋压，它是两者的结合。
强力旋压用于各种筒、锥体异形体的旋压成型壳体的加工技术，是一种比较老的成熟的方法和工艺，也叫滚压法。
旋压是综合了锻造、挤压、拉伸、弯曲、环压、横轧和滚压等工艺特点的少无切削加工的先进工艺。
电液位置伺服控制系统设计方法
电液位置伺服控制系统设计方法本文将介绍电液位置伺服控制系统设计的方法，并针对其中的几个关键环节进行详细说明。
一、系统建模几何方法是通过几何分析来建立系统的几何关系方程，例如通过机械结构的分析来推导出负载移动和油液角位移的关系。
物理方法是通过物理定律和原理来建立系统的动态方程，例如利用牛顿第二定律和液压力学原理来推导出系统的动态方程。
数学方法是通过系统的输入和输出响应数据来建立系统的数学模型，例如通过实验数据拟合出系统的传递函数或状态空间模型。
二、控制策略选择在电液位置伺服控制系统中，常用的控制策略包括PID控制、模糊控制和自适应控制等。
PID控制是最常用的控制策略之一，通过调节比例、积分和微分三个控制参数来实现位置控制。
PID控制具有简单、稳定的特点，适用于许多工业领域。
模糊控制是一种基于模糊逻辑的控制策略，能够处理非线性、模糊的系统。
模糊控制通过建立模糊规则和模糊推理机制来实现控制。
自适应控制是一种根据系统状态和参数变化进行自动调节的控制策略。
自适应控制能够实时调节控制参数，以适应系统的变化。
根据具体的系统动态特性和控制性能要求，选择适合的控制策略。
三、控制器设计根据选定的控制策略，设计合适的控制器参数，例如PID控制中的比例、积分和微分参数。
控制器参数的选择通常通过试验和调整得到，常用的方法包括试探法、经验法和优化算法。
试探法是最常用的方法，通过对控制器参数进行调整，观察系统的响应，找到最佳的控制参数。
经验法是通过工程经验来选择控制器参数，常用的经验法包括Ziegler-Nichols 方法和Chien-Hrones-Reswick 方法等。
优化算法是一种通过优化方法来寻找最优控制参数的方法，例如遗传算法、粒子群算法等。
四、系统仿真和调试在设计完成后，应进行系统仿真和调试，以验证系统的性能和稳定性。
系统仿真可以通过利用系统的数学模型，使用仿真软件（如Matlab/Simulink）进行。
仿真可以帮助设计人员评估系统的性能，并对控制器参数进行进一步调整。
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第一章绪论1.1题目概述由原题目已知数据可画出系统方框图：已知技术参数和设计要求：（1）σp≤25%; t s≤0.25s;（2）速度信号V=0.5m/min时，误差e(t)≤0.05mm;1 .2旋压机电液伺服系统背景简介旋压技术是先进制造技术的重要组成部分,是局部连续塑性成形工艺,属于回转成形范畴,主要用于形成薄壁空心回转体零件。
该技术广泛应用于航空航天、火箭、导弹、兵器等军事工业和通用机械、汽车等民用工业中。
旋压机的仿形系统对旋压加工产品的质量及加工精度的影响至关重要。
大型立式强力旋压机采用的是电液仿形技术,其液压系统包含了旋轮座纵向和横向液压系统、辅助系统等主要系统。
旋轮座横向电液伺服系统和纵向电液伺服系统组成了旋轮座仿形系统,该系统利用电液比例伺服阀控制液压油缸活塞杆的位移量,并通过按加工精度要求输入预定变化规律的控制信号来实现对位移量的精确控制,从而达到所要求的加工精度。
采用电液比例伺服控制技术不仅改善了系统的控制性能,而且大大简化了液压系统,降低了费用,同时还提高了系统的可靠性。
旋压技术，也叫金属旋压成形技术，是通过旋转使工件受力点由点到线由线到面，同时在某个方向给予一定的压力使金属材料沿着这一方向变形和流动而成形为某一形状的技术。
旋压成形过程是将金属板料或空心零件的毛坯固定在旋压机的芯模上，在毛坯随机床转动同时，用旋轮将毛坯逐点压下，使其形状或者壁厚发生局部连续塑性变形，从而制成所需的产品的成形过程。
可以生产更接近最终形状(净性)的金属零件。
这里，金属材料必须具有塑性变形或流动性能，旋压成形也不等同于塑性变形，它是集塑性变形和流动变形的复杂过程，特别需要指出的是，我们所说的旋压成形技术不是单一的强力旋压或普通旋压，它是两者的结合。
强力旋压用于各种筒、锥体异形体的旋压成型壳体的加工技术，是一种比较老的成熟的方法和工艺，也叫滚压法。
旋压是综合了锻造、挤压、拉伸、弯曲、环压、横轧和滚压等工艺特点的少无切削加工的先进工艺。
它通常被认为只能成形轴对称回转体零件，而近年来所开展的三维非轴对称零件旋压技术研究表明，旋压已突破其原有的理论范畴及加工范围。
旋压件的基本形状大致可分为圆筒形、圆锥形、凹形、凸形、管形、阶梯形、缩口形等，还有由这些形状组成的复合形状。
旋压加工具有设备简单、节省原材料、成本低廉和产品质量高等优点。
陶瓷的制坯工艺可能为金属旋压提供工艺雏型。
在我国早在三千五百年至四千年前的殷商时代，就会应用陶轮或陶车制作陶坯(例如罐、壶和盘等容器、器皿、装饰品)，后来又在十世纪初期发明金属旋压工艺，并且将有色金属薄板(如金、银、锡和铜等)制成空心件如:精美的银碗、银碟等器皿。
一直到十三世纪，金属旋压技术才传播到英国，其后将近五百多年，在1840年左右，才由约旦传播到美国和欧洲各国。
强力旋压技术是直到上个世纪五十年代才从普通旋压技术的基础上发展起来的。
最早是在瑞典、德国被用于民间工业，到1953年美国的普拉特惠特尼公司和洛奇西普来机床厂合作才制成了三台旋压机床，初次成功将这种技术应用到航空工业中。
由于旋压工艺的先进性、经济性和实用性，且该工艺具有变形力小，节约原材料等特点，近四十多年来，国外工业发达国家的金属旋压工艺技术有了飞跃的发展，日趋成熟。
其主要标志为:金属旋压设备己经定型，工艺流程比较稳定，产品多种多样，应用日益广泛。
目前世界上在强力旋压技术的发展和应用上，美国和德国居于领先水平，其工艺已经成熟，设备己系列化、性能最为先进。
近几年西班牙又异军突起，其他国家在强力旋压的探讨和应用上正在发展。
目前，强力旋压技术日趋成熟，己经成为金属压力加工中的一个新的领域我国是在六十年代起步，七十年代进行了大范围推广试用，对强力旋压工艺已有了一定的掌握并有一些创新，也研制了一定数量的旋压机，加入WTO后，国外各企业纷纷到国内寻找商机，将中国视为他们的加工基地和零部件供应的合作者，加上国内积极扩大需求，因此国内旋压产品近两年呈现一片繁荣景象。
大型立式强力旋压机的液压系统包含了，旋轮座纵向和横向液压系统、辅助系统等主要液压系统，其中辅助液压系统包括平衡系统、旋轮自转系统、卸料系统等。
由旋轮座横向电液伺服系统和纵向电液伺服系统组成的旋轮座仿形系统对旋压产品的质量、加工精度至关重要，因此本论文重点讨论这两个系统。
这两个系统用的是电液比例伺服阀控制液压油缸活塞杆的速度和位移量，通过输入按加工精度要求预定变化规律的控制信号，可以实现对位移量的精确控制，从而达到所要求的加工精度。
采用电液比例伺服控制技术不仅改善了系统的控制性能，而且大大简化了液压系统，降低了费用，同时还提高了系统的可靠性。
在比例伺服阀问世以前，电液伺服系统的液压缸控制阀采用比例阀或伺服阀。
这两种阀都是把来自数控系统的电器控制信号转换成伺服驱动液压缸的油液流量控制信号，从而控制液压缸的移动速度或者位移。
比例阀本身没有阀芯位置反馈，是一个开环环节，而伺服阀带有阀芯位置反馈，是一个闭环环节，因而比例阀的控制精度没有伺服阀高，但是比例阀对油液质量的要求比伺服阀低。
对于数控旋压机来说，使用比例阀精度不够高，而使用伺服阀又使油液维护困难，故障率高。
第二章人工设计2.1处理已知数据2.1.1设计满足稳态误差要求的未校正系统的开环频率特性已知数据 {V =0.5m/mine(t)≤0.05mm需经过变换，成为国际单位制{V =1120m/se(t)≤0.05×10−3m若要求e=V k v=1120k v≤0.05×10−3m ,则需要满足k v ≥1120120×10−3=166.67按性能指标要求试取 k v =200 则：G 0(s)=200s(s 22502+2×0.51250s+1)做出G 0(s)的Bode 图，如下所示由计算得知，原系统剪切频率w c0=217 rad ∕s相角裕度γ0=15.4∘。
2.1.2计算系统设计要求的相角裕度γ已知系统要求超调量 σp ≤25%101010101010101010M a g n i t u d e (d B )Bode DiagramFrequency (rad/sec)有两组经验公式可供借鉴：(1) σp =0.16+0.4(1sin γ – 1) ; （2）σp ={[100(M r −1)]%[50(M r −1)]%均可求得 M r =1sin γ=1.25即 γ=53.13°(满足经验公式适用范围)2.1.3计算系统设计要求的剪切频率w c由于 1≤M r ≤1.8， 可以使用下述经验公式：w c =πt s[2+1.5(M r −1)+2.5(M r −1)2]=31.81rad/s2.1.4原系统参数及预定要求的参数对比对比原系统参数及预定要求的参数结果如下： 未经校正的系统{w c0=217 rad ∕sγ0=15.4∘系统设计要求即校正后系统{w c=31.81rad/sγ=53.13°2.2为系统设计校正环节2.2.1确定校正方法对比分析得知，此时的系统是在原系统满足稳态误差的设计要求后，相角裕度γ不满足设计要求，而剪切频率w c 远大于设计要求，符合串联迟后校正的使用条件，因此采用串联迟后校正。
注：串联迟后校正的适用条件：系统剪切频率远大于目标剪切频率，而相角裕度远小于目标值甚至出现负值时，使用串联迟后校正会牺牲剪切频率来大幅增大相角裕度使其达到目标相角裕度。
2.2.2对系统进行串联迟后校正此次校正之后的目标是将剪切频率降低到希望剪切频率，而相角裕度有较大提升，以完成既定任务。
按照串联迟后校正的规定步骤进行校正：（1）在G 0′(jw )的相频特性找出如下频率：∠G 0′(jw )=−180+γ+Δ=−180+53.13+10=−116.87°这一点所对应的频率将作为校正后的剪切频率。
（2）在G 0′(jw )的幅频特性上找到w c 所对应的幅值20lg|G 0′(jw )|。
在Bode 图上找到∠G 0′(jw )=−116.87°处，有w c1′=35rad ∕s（3）为使校正后在w c 的幅频特性为0dB,应有20log β=20lg|G 0′(jωc )|20log β=15.2求出校正环节β=5.7544（4）为了减小串联迟后校正对系统相角裕度的影响，要求校正环节w c 处的迟后相移在5°−10°以下。
确定校正环节参数τ和Tτ=10c1′=0.2857T =1.644（5）确定串联迟后环节的传递函数为：G c (s )=200×（0.2857s +1）1.644s +1（6）画出校正环节的Bode 图如下：2.2.3 校正结果分析经此前一步串联迟后校正，系统整体的Bode 图如下：从图中可看出，同时经过手工计算，得知满足系统预定性能指标要求。
101010101010101010M a g n i t u d e (d B )Bode DiagramFrequency (rad/sec)101010101010101010M a g n i t u d e (d B )Bode DiagramFrequency (rad/sec)第三章 计算机设计3.1 Simulink 仿真框图3.2系统串联校正装置后的Bode 图-150-100-50050100M a g n i t u d e (d B )10101010101010P h a s e (d e g )Bode DiagramGm = 17.2 dB (at 249 rad/sec) , P m = 77 deg (at 35.3 rad/sec)Frequency (rad/sec)3.3阶跃响应曲线3.4性能指标要求的其他曲线3.4.1有关调整时间t s取达到稳态值∓5%范围内的某一点，时间为0.238s,小于规定要求的调整时间0.25s ，证明调整时间的设计满足预期要求。
00.20.40.60.81 1.20.20.40.60.811.21.4Step ResponseTime (sec)A m p l i t u de3.4.2有关超调量σp当阶跃响应曲线峰值达到1.25时，σp =25%，由此曲线可以看出，峰值高度远不及1.25，其超调量σp <25%，满足题目技术要求。
3.4.3有关稳态误差e(t)00.20.40.60.81 1.20.20.40.60.811.21.4Step ResponseTime (sec)A m p l i t u de当速度信号V=0.5m/min 时，稳态误差如图所示，放大后取某点进行计算，e(t) = 0.01mm ≤ 0.05mm满足设计技术要求。