液压伺服系统设计
液压伺服系统
块图可得系统开环传递函数为
G(s)H
(s)
=
Kv s(ωs2h2 +2ωζhh
s+1)
(5-3)
式中
Kv——开环放大系数(也称速度放大系数)， K v
=
KqK f Ap
式(5-3)中含有一个积分环节，因此系统是 I 型伺服系统。 由式(5-3)可画出开环系统伯德图，如图 5-3 所示。在ω < ωh 时，低频渐近线是
3.机液位置伺服系统举例 液压仿形刀架是机械液压位置控制系统的典型应用实例，它适用于车、铣、刨、
磨的机械加工。液压仿形刀架工作原理图如图 5-4 所示。
图 5-4 液压仿形刀架工作原理图
在仿形车床上，它可以仿照模板的形状自动加工出各种形状的轴类或旋转体
4／14
工件。它在机械制造业中得到广泛的应用。 （1）液压仿形刀架的结构及其工作原理
由此可知，仿形刀架是一个典型的机械液压位置控制系统。它的输入量是触头 的位移xi，输出量(即被控制量)是液压缸缸体的位移y，伺服阀在该系统中起到了比 较、放大和控制作用，液压缸是系统的执行元件，反馈、检测由杠杆完成。该系 统的工作原理可用图 5-5 职能方框图描述。
图 5-5 液压仿形刀架职能方框图
(5-6)
在设计液压位置伺服系统时，可以把它作为一个经验法则。 由图 5-3 所示的伯德图可以看出，穿越频率近似等于开环放大系数，即
ωc ≈ Kv
(5-7)
实际上ωc 稍大于Kv，而系统的频宽又稍大于ωc 。所以开环放大系数愈大，系统的
响应速度愈快。另外，开环放大系数越大，系统的控制精度也越高。所以要提高
第七章 液压伺服系统设计
ห้องสมุดไป่ตู้ w max
i
≥ ω l max
• 五、检验系统静、动态品质，需要时对系统进行 检验系统静、动态品质， 校正 – 检验系统的静、动态性能指标是否满足设计要 检验系统的静、 如不满足要求就需对系统进行校正， 求，如不满足要求就需对系统进行校正，或者 重新选择动力元件参数， 重新选择动力元件参数，直至重新选择控制方 案。
– 反馈传感器或偏差检测器的选择特别重要，检 反馈传感器或偏差检测器的选择特别重要， 测器的精度应高于系统所要求的精度。 测器的精度应高于系统所要求的精度。反馈传 感器或偏差检测器的精度、线性度、测量范围、 感器或偏差检测器的精度、线性度、测量范围、 测量速度等要满足要求。交流误差放大器、 测量速度等要满足要求。交流误差放大器、解 调器、直流功率放大器的增益应满足系统要求， 调器、直流功率放大器的增益应满足系统要求， 而且希望增益有一个调节范围。 而且希望增益有一个调节范围。在增益分配允 许的情况下，应使交流放大器保持较高的增益， 许的情况下，应使交流放大器保持较高的增益， 这样可以减小直流放大器漂移引起的误差。 这样可以减小直流放大器漂移引起的误差。
• 二、拟定控制方案，画出系统原理图 拟定控制方案， – 伺服系统的控制方案主要是根据被控物理量类 控制功率的大小、执行元件运动方式、 型、控制功率的大小、执行元件运动方式、各 种静、 种静、动态性能指标值以及环境条件和价格等 因素考虑决定的。 因素考虑决定的。 – 在确定控制方案时应考虑： 在确定控制方案时应考虑：
• (二)液压执行元件主要规格尺寸和伺服阀空载流 二 液压执行元件主要规格尺寸和伺服阀空载流 量的确定 • 1．按负载匹配确定 ． • 2．按最大负载力和最大负载速度确定 ． – 按最大负载力 Lmax确定执行元件的规格尺寸， 按最大负载力F 确定执行元件的规格尺寸， 并限定伺服阀的负载压力 pL ≤ 2 ps ，则液压缸 3 的有效面积为 && & FL max 3 mt x p + Bp x p + Kx p + FL Ap = = pL 2 pS – 伺服阀空载流量可按最大负载速度确定，并认 伺服阀空载流量可按最大负载速度确定， 为最大负载速度和最大负载力是同时出现的。 为最大负载速度和最大负载力是同时出现的。 则伺服阀空载流量为 q0 m = 3 Ap x p max
液压伺服系统设计
液压伺服系统设计液压伺服系统设计在液压伺服系统中采用液压伺服阀作为输入信号的转换与放大元件。
液压伺服系统能以小功率的电信号输入，控制大功率的液压能（流量与压力）输出，并能获得很高的控制精度和很快的响应速度。
位置控制、速度控制、力控制三类液压伺服系统一般的设计步骤如下： 1）明确设计要求：充分了解设计任务提出的工艺、结构及时系统各项性能的要求，并应详细分析负载条件。
2）拟定控制方案，画出系统原理图。
3）静态计算：确定动力元件参数，选择反馈元件及其它电气元件。
4）动态计算：确定系统的传递函数，绘制开环波德图，分析稳定性，计算动态性能指标。
5）校核精度和性能指标，选择校正方式和设计校正元件。
6）选择液压能源及相应的附属元件。
7）完成执行元件及液压能源施工设计。
本章的内容主要是依照上述设计步骤，进一步说明液压伺服系统的设计原则和介绍具体设计计算方法。
由于位置控制系统是最基本和应用最广的系统，所以介绍将以阀控液压缸位置系统为主。
4.1 全面理解设计要求4.1.1 全面了解被控对象液压伺服控制系统是被控对象—主机的一个组成部分，它必须满足主机在工艺上和结构上对其提出的要求。
例如轧钢机液压压下位置控制系统，除了应能够承受最大轧制负载，满足轧钢机轧辊辊缝调节最大行程，调节速度和控制精度等要求外，执行机构—压下液压缸在外形尺寸上还受轧钢机牌坊窗口尺寸的约束，结构上还必须保证满足更换轧辊方便等要求。
要设计一个好的控制系统，必须充分重视这些问题的解决。
所以设计师应全面了解被控对象的工况，并综合运用电气、机械、液压、工艺等方面的理论知识，使设计的控制系统满足被控对象的各项要求。
4.1.2 明角设计系统的性能要求1）被控对象的物理量：位置、速度或是力。
2）静态极限：最大行程、最大速度、最大力或力矩、最大功率。
3）要求的控制精度：由给定信号、负载力、干扰信号、伺服阀及电控系统零飘、非线性环节（如摩擦力、死区等）以及传感器引起的系统误差，定位精度，分辨率以及允许的飘移量等。
液压伺服、比例控制
液压伺服系统工作原理1.1 液压伺服系统工作原理液压伺服系统以其响应速度快、负载刚度大、控制功率大等独特的优点在工业控制中得到了广泛的应用。
电液伺服系统通过使用电液伺服阀，将小功率的电信号转换为大功率的液压动力，从而实现了一些重型机械设备的伺服控制。
液压伺服系统是使系统的输出量，如位移、速度或力等，能自动地、快速而准确地跟随输入量的变化而变化，与此同时，输出功率被大幅度地放大。
液压伺服系统的工作原理可由图1来说明。
图1所示为一个对管道流量进行连续控制的电液伺服系统。
在大口径流体管道1中，阀板2的转角θ变化会产生节流作用而起到调节流量qT的作用。
阀板转动由液压缸带动齿轮、齿条来实现。
这个系统的输入量是电位器5的给定值x i。
对应给定值x i，有一定的电压输给放大器7，放大器将电压信号转换为电流信号加到伺服阀的电磁线圈上，使阀芯相应地产生一定的开口量x v。
阀开口x v使液压油进入液压缸上腔，推动液压缸向下移动。
液压缸下腔的油液则经伺服阀流回油箱。
液压缸的向下移动，使齿轮、齿条带动阀板产生偏转。
同时，液压缸活塞杆也带动电位器6的触点下移x p。
当x p所对应的电压与x i 所对应的电压相等时，两电压之差为零。
这时，放大器的输出电流亦为零，伺服阀关闭，液压缸带动的阀板停在相应的qT位置。
图1 管道流量（或静压力）的电液伺服系统1—流体管道；2—阀板；3—齿轮、齿条；4—液压缸；5—给定电位器；6—流量传感电位器；7—放大器；8—电液伺服阀在控制系统中，将被控制对象的输出信号回输到系统的输入端，并与给定值进行比较而形成偏差信号以产生对被控对象的控制作用，这种控制形式称之为反馈控制。
反馈信号与给定信号符号相反，即总是形成差值，这种反馈称之为负反馈。
用负反馈产生的偏差信号进行调节，是反馈控制的基本特征。
而对图1所示的实例中，电位器6就是反馈装置，偏差信号就是给定信号电压与反馈信号电压在放大器输入端产生的△u。
液压缸位置伺服控制系统的设计与优化
液压缸位置伺服控制系统的设计与优化液压是一种广泛应用于工业领域的技术，而液压缸作为其中的重要组成部分，起到了控制和传动力的关键作用。
液压缸的位置伺服控制系统设计与优化是一个不断发展的领域，本文将从控制原理、设计方法和优化策略三个方面探讨液压缸位置伺服控制系统的发展和应用。
一、控制原理液压缸的位置伺服控制系统是基于反馈控制原理的。
该系统的目标是通过对液压油的控制，使液压缸的位置达到期望值。
控制器根据外部的输入信号和反馈信息，对液压系统进行控制和调节，以实现位置的精确控制。
在液压缸位置伺服控制系统中，主要采用的控制方式有比例控制、积分控制和微分控制。
比例控制通过调节控制信号与反馈信号之间的比例关系，使系统的响应更为迅速。
积分控制通过积分控制器对误差进行积分，以消除系统的稳态误差。
微分控制则通过微分控制器对误差的变化率进行调节，以提高系统的动态响应性能。
二、设计方法液压缸位置伺服控制系统的设计方法主要包括系统分析、参数选取、控制器设计和系统仿真等步骤。
在系统分析中，需要确定系统的目标、输入和输出，并对系统进行建模和分析。
参数选取则是根据系统的要求和性能指标，选择合适的液压元件和参数数值。
控制器设计是根据系统的特点和需求，设计出合适的控制算法和参数。
系统仿真则是通过软件模拟系统的运行和反馈信息，以评估系统的性能和稳定性。
在液压缸位置伺服控制系统的设计中，还需要考虑到系统的非线性和动态特性。
液压系统的非线性主要体现在油液的粘性、压力和温度对系统性能的影响等方面。
为了解决这些非线性问题，可以采用模糊控制、神经网络控制等方法来调节系统的响应。
而系统的动态特性则需要通过对控制系统的参数进行调节和优化，以提高系统的动态性能和稳定性。
三、优化策略液压缸位置伺服控制系统的优化策略主要包括参数优化、结构优化和控制策略优化。
参数优化是根据系统的性能指标和要求，通过试验和仿真等方法对系统的参数进行调整和优化。
结构优化是通过改变系统的结构和组件，以提高系统的性能和效率。
液压伺服系统
图10-10 电液伺服阀
二、电液伺服阀工作原理
1.力矩马达工作原理
磁铁把导磁体磁化成N、S极， 形成磁场。 线圈无电流时，力矩马达无力 矩输出，挡板处于两喷嘴中间；当 输入电流通过线圈使衔铁3左端被 图10-10 电液伺服阀 磁化为N极，右端为S极，衔铁逆时 针偏转。弹簧管弯曲产生反力，使衔铁转过θ 角。电流越大 θ 角就越大，力矩马达把输入电信号转换为力矩信号输出。
二、射流管阀
射流管阀由射流管1和接收板2组成。射流管可绕Ｏ 轴左右摆动一个不大的角度，接收板上有两个并列的接 收孔a、b，分别与液压缸两腔 相通。压力油从管道进入射流 管后从锥形喷嘴射出，经接收 孔进入液压缸两腔。 射流管偏向哪个接收孔， 油缸相应的工作腔压力提高， 缸体就向那个方向运动。
图10-8 射流Βιβλιοθήκη 阀图10-6 四边节流滑阀结构示意图
4、三种节流边的对零状态
1）负开口 （xs＜0）有较大的不灵敏区，较少采用（图10-7a）
2）正开口
（xs＞0）工作精度较负开口高，但功率损耗大，稳 定性也较差。（图10-7b） 3）零开口 （xs=0）其工作 精度最高，制造 工艺性差。（图10-7c）
图10-7 滑阀的不同开口形式
图10-3 液压伺服控制系统流程图
三、液压伺服系统分类
按输出物理量分类：位置、速度、力伺服系统
按信号分类：机液、电液、气液伺服系统
按元件分类：阀控系统、泵控系统
液压伺服系统与电气伺服系统相比优点﹕
1）体积小﹐重量轻﹐惯性小﹐可靠性好﹔
2）快速性好﹔
3）刚度大(即输出位移受外负载影响小)﹐定位准确。
跟随缸体移动到挡板两边对称位 置时，缸运动停止。
图10-9 喷嘴挡板阀
液压伺服系统设计
液压伺服系统设计课程设计名称：液压伺服系统设计题目：机电一体化课程设计***名：***专业：机电一体化学号：***************师：***日期：2012/10/25目录摘要 1 前言 2 第一章液压技术的现状 3 1.1 液压元件 3 1.2 系统集成与控制技术 3 1.3 密封技术 4 第二章液压技术的创新发展 6 2.1 液压现场总线技术 6 2.1.1 液压现场总线技术的定义 6 2.1.2 现场总线技术在液压系统应用中的特点 6 2.2 水压元件及系统 7 2.2.1 水压传动技术概述 7 2.2.2 水压传动技术特 8 2.2.3 水压传动技术的应用及展望 9 2.3 液压节能技术 9 第三章单元模块设计 11 3.1 键盘与显示模块 11 3.1.1 模块工作原理 11 3.1.2 芯片CH452介绍 11 3.1.2.1 特点 12 3.1.2.2 显示驱动原理 13 3.1.2.3 键盘扫描原理 15 3.2 单片机控制单元模块电路 15 3.2.1 控制原理 15 3.2.2 光电耦合电路 16 3.2.3 芯片介绍 16 3.3 串行通信模块 20 3.3.1 RS232通信协议 21 3.3.2 串行通信电路 22 第四章电机与电气控制电路设计 23 4.1 步进电机模块 23 4.1.1 步进电机的工作原理 23 4.2.2 步进电机的步距角与工作拍数 25 4.3.3 步进电机的频率特性 26 4.2 交流电机正反转控制原理 28 4.3 交流电机的星—三角形启动 29 4.4 电气元件介绍 29 总结 31摘要液压传动和控制由应用电子技术、计算机技术、信息技术、自动控制技术及新工艺、新材料等后取得了新的发展，使液压系统和元件在技术水平上有很大提高。
本文从液压技术现状、液压现场总线技术、水压元件及系统、液压节能技术等方面介绍液压技术创新及发展趋势。
指出液压传动向自动化、高精度、高效率、高速化、高功率、小型化、轻量化方向发展，是不断提高它与电传动、机械传动竞争能力的关键。
电液伺服系统的优化设计与控制研究
电液伺服系统的优化设计与控制研究概述电液伺服系统是一种将电力与液压技术相结合的控制系统，能够实现高精度、快速响应的运动控制。
在工业自动化、航空航天等领域有广泛的应用。
本文将围绕电液伺服系统的优化设计与控制展开研究，深入探讨相关技术和方法。
一、电液伺服系统的组成与工作原理电液伺服系统由电气控制部分和液压执行部分组成。
电气控制部分包括传感器、控制器、电动机等，液压执行部分包括液压阀、液压缸等。
电液伺服系统的工作原理是通过电气信号控制液压系统的动作，实现位置、速度、力矩等的精确控制。
二、电液伺服系统的优化设计电液伺服系统的优化设计是提高系统性能、减少能耗和延长使用寿命的重要环节。
主要包括以下几个方面的工作：1. 参数优化：通过对系统参数的合理设计和选择，提高系统的控制性能。
包括选取合适的电动机、液压阀、液压缸等，并确定其参数值，以满足系统的需求。
2. 结构优化：通过对系统结构的调整和优化，减少系统的复杂性和能耗。
可以采用流量分配器、减压阀等组件来改善系统的性能。
同时，还需要考虑系统的可维护性和可靠性。
3. 控制算法优化：选用合适的控制算法，优化系统的响应速度、稳定性和精度。
常用的控制算法包括比例控制、积分控制、PID控制等。
还可以采用模型预测控制、自适应控制等高级控制方法，提高系统的性能。
三、电液伺服系统的控制研究电液伺服系统的控制是其研究的核心内容。
在实际应用中，为了满足不同的控制需求，需要研究和开发相应的控制方法和技术。
以下是几个常见的控制研究方向：1. 位置控制：电液伺服系统可以实现高精度的位置控制。
可以通过采用编码器等传感器，将位置信号反馈给控制器进行闭环控制。
同时，还可以采用滤波器、补偿器等技术，减少位置误差和振荡现象。
2. 力矩控制：对于需要精确控制力矩的应用场景，如机械臂、液压切割等，通过采用力传感器等设备，可以实现对力矩的精确控制。
需要研究合适的力矩控制算法和技术，提高系统的控制精度。
中文翻译-自卸车液压伺服系统设计思路及公式
附录自卸车液压伺服系统设计思路及公式(一)液压系统工作组成及原理：如下图所示为某重型自卸式垃圾车上的液压伺服式液压系统，由三部分组成：动力部分、操纵部分和执行部分(举升被压缸)。
动力部分主要有取力器、液压泵以及连接两者的传动机构。
操纵部分用来控制举升液压缸实现车厢倾翻，它应具有举升、保持和下降三个动作，工作原理如下：液压伺服控制阀液压系统1-手动阀2-换向阀3-三通阀4-限位阀5-举升液压缸6-四通阀7-液压阀8-邮箱9-单向阀 10-安全阀11-进油管12～19-油管A-加油腔(1)举升手动阀1的手柄在旋出位置，换向阀2在常开状态，限位阀4在常闭状态，举升缸呈收缩状态。
当自卸式垃圾车倾斜货物时，先驱动液压泵7，这时泵输出的压力油经单向阀9、四通阀6、换向阀2、三通阀3，流回油箱8，车厢不动，为液压泵空转启动。
再将手动阀手柄向里旋进，则排出压力油去推动换向阀2的阀芯，将进出油口隔断，使其由常开状态变为常闭状态，这时泵输出的压力油经单向阀9、四通阀6进入液压缸5。
将车厢顶起，倾卸货物。
在举升过程中，若系统压力超过一定压力，安全阀10则被打开，溢流，使系统压力保持在调节压力以下。
当车厢倾斜到极限位置时，举升缸触动限位阀4的阀杆，使限位阀由常闭状态变为常开状态，泵输出的压力油经四通阀6、限位阀4、三通阀3流回油箱8，车厢保持在极限倾斜位置。
(2)下降当货物卸完，车厢需下降时，先关闭泵7，再将手动阀1的手柄向外旋出，换向阀的控制油泄回手动阀，举升缸在车厢重力作用下将油液压出，打开换向阀，使其由常闭状态变为常开状态，举升缸内的油液经四通阀6、换向阀2、二通阀3流回油箱8，车厢回位。
(3)保持若需将车厢举升至某一位置，只要使手动阀l 的手柄仍在旋进位置，停止泵上作，车厢即可保持在任一位置。
(二)操纵换向阀的方式可分为手动机械杠杆式、手动液压伺服式和气动操纵式三种。
机械操纵式的可靠性好，通用性强，维修方便。
但它的杆件较多，布置复杂，对于可翻转式驾驶室不宜采用这种操纵方式。
液压伺服系统设计及其性能分析
液压伺服系统设计及其性能分析一、引言液压伺服系统作为一种常见的控制系统，广泛应用于机械工程领域。
本文将重点关注液压伺服系统的设计原理和性能分析。
二、液压伺服系统的基本原理液压伺服系统主要由液压源、执行器、控制器和传感器四个基本部分组成。
液压源提供动力，执行器将液压能转化为机械能，控制器通过调节执行器的工作状态来实现对系统的控制，传感器用于检测系统的运行状态。
三、液压伺服系统的设计要点1.选择合适的液压源：液压伺服系统的液压源通常使用液压泵。
在选择液压泵时，需考虑系统需要的流量和压力，并确保能够满足执行器的要求。
2.设计合理的执行器：执行器的设计需要根据具体应用场景来确定。
在设计执行器时，需考虑力/位置传感器的布置、压力阀的控制和连接方式等因素。
3.合理选择控制器：控制器是液压伺服系统的核心部分，负责控制执行器的工作状态。
在选择控制器时，需根据系统的控制要求和可行性来确定。
4.传感器的选择与布置：传感器用于检测系统的运行状态，根据不同的应用场景选择合适的传感器，并合理布置以提高系统的控制精度。
四、液压伺服系统性能分析1.系统的动态响应性能：液压伺服系统的动态响应性能是指系统对外界输入信号的响应速度。
通过理论计算和实验测试，可以评估系统的响应时间、过渡过程和稳态性能等指标。
2.系统的稳态精度：液压伺服系统的稳态精度是指系统在稳定工作状态下输出信号与输入信号之间的偏差。
通常通过分析系统应力平衡和输出信号的稳定性来评估系统的稳态精度。
3.系统的稳定性分析：液压伺服系统的稳定性是指系统在各种工况下能够保持稳定工作状态的能力。
通过分析系统的传递函数和伯努利方程等理论，可以评估系统的稳定性。
4.系统的能效分析：液压伺服系统的能效是指系统在输入输出之间的能量转换效率。
通过分析系统的功率损失和效率等指标，可以评估系统的能效。
五、结论液压伺服系统的设计和性能分析是提高系统运行效率和工作质量的重要步骤。
通过合理选择液压源、设计合理的执行器、选择合适的控制器和传感器，并对系统的动态响应性能、稳态精度、稳定性和能效进行全面分析，可以有效提升液压伺服系统的性能。
液压伺服系统的模型建立与优化控制
液压伺服系统的模型建立与优化控制液压伺服系统是现代工业制造中广泛应用的一种动力传动系统。
它由电气系统和液压系统组成，可以精确地控制机械的运动和姿态。
然而，液压伺服系统的建模和控制一直是一个关键技术和研究热点。
在本文中，我们将讨论液压伺服系统的模型建立和优化控制。
一、液压伺服系统的建模液压伺服系统的模型建立是设计控制器和优化控制性能的基础。
它包括建立液压元件的数学模型和系统的动态模型。
对于一个典型的液压伺服系统，它包括油泵、油箱、液压阀、液压缸、传感器以及电路等部件。
1. 液压元件的数学模型首先，我们需要建立液压元件的数学模型。
液压元件是液压伺服系统的核心部件，其数学模型是对它们的物理过程和控制机制的抽象描述。
常见的液压元件包括油泵、液压阀和液压缸等。
以油泵为例，它的数学模型可以描述为：$$Q = k_pv$$其中，$Q$ 表示油泵的流量，$k_p$ 表示油泵的流量系数，$v$ 表示油泵的转速。
可以看出，油泵的流量和转速呈线性关系，当油泵的转速增加时，流量也会相应增加。
2. 系统的动态模型建立液压元件的数学模型后，我们需要将其组合成系统的动态模型。
动态模型是描述系统运动和响应的数学模型。
对于液压伺服系统，我们可以采用传递函数来描述其动态特性。
以液压缸为例，它的传递函数可以表示为：$$ G(s) = \frac{k}{Ts + 1} $$其中，$k$ 表示液压缸的增益，$T$ 表示液压缸的时间常数，$s$ 表示复平面上的 Laplace 变量。
该传递函数描述了液压缸的转移特性，可以用于控制器的设计和系统性能的分析。
二、液压伺服系统的控制液压伺服系统的控制是指通过控制器对系统进行调节和优化，使其达到预期的运动和姿态。
液压伺服系统的控制技术主要包括比例控制、积分控制和微分控制等方法。
1. 比例控制比例控制是液压伺服系统中最基础的控制方法之一。
它通过调节液压阀的开度来控制液压系统的压力和流量。
比例控制的主要优点是简单易实现，但是其响应速度较慢，容易造成超调和稳态误差。
液压伺服千斤顶系统设计
摘要:所设计的四顶顶升系统的主要参数是每只千斤顶高约1000mm，最大行程为400mm，最大载荷为20t。
因千斤顶载荷较大，位置精度要求较高，故顶升速度不宜过大，最大顶升速度应控制在60mm/min以内。
工作原理是，二位四通电磁换向阀的电磁铁的工作状态是由单片机控制的，当换向阀电磁铁通电时，换向阀左位接入系统，油液经电磁换向阀和平衡阀进入油缸下腔，使得千斤顶上升，再从油缸上腔流出，经电磁换向阀和滤油器流回到油箱内，这时平衡阀的作用相当于一个单向阀；反之，当换向阀电磁铁断电时，换向阀右位接入系统，油液经换向阀流入油缸上腔，当上腔压力达到一定值时，平衡阀上位接入系统，这时平衡阀的作用相当于一个节流阀，油液从油缸下腔流出，经平衡阀、电磁换向阀和滤油器流回到油箱。
从而实现了千斤顶升降换向功能，并具有过载保护和断电保护的功能。
为了适应复杂工作表面的工件，千斤顶的工作台与活塞杆应采用转动连接副相连当顶升系统工作时，液压千斤顶工作台可随工件表面形状进行自由转动调节，所以设计时将活塞杆顶部插入球头，与工作台形成转动副。
由于光栅尺的尺寸较长，将活塞和活塞杆做成中空状来放置光栅。
工作时发光元件与光敏元件随活塞作同步运动，光栅尺下端固定在底盖上不动，光源与光栅尺的相对位移量通过读数头转化为数字信号传递给单片机。
关键词：四顶同步顶升单片机光栅目录1. 引言 (3)1.1 选题的依据及课题的意义 (4)1.2 国内外的研究概况 (4)1.3 单片机控制系统的发展概况 (5)1.4 PID控制算法的发展概况 (7)1.5 设计要求及工作内容 (8)1.6 目标、主要特色及工作进度 (8)2．机械结构与液压传动系统设计 (8)2.1系统结构分析 (9)2.2 千斤顶零部件分析 (11)2.3 油缸与螺纹的校验 (14)2.3.1油缸的壁厚校验 (14)2.3.2 锁母螺纹牙剪切强度校验 (14)2.3.3锁母螺纹牙的弯曲强度校验 (15)2.4 液压系统分析 (16)2.5 液压泵与电动机的选择 (17)2.6 超高压泵站简介 (18)3 . 单片机控制系统设计 (19)3.1 单片机的选用及功能介绍 (19)3.2 片外存储器功能简介 (20)3.3 显示部分设计 (23)3.4 键盘部分设计 (26)3.5 交流异步电动机变频调速系统 (29)3.5.1 交流异步电动机变频调速原理 (29)3.5.2主电路和逆变电路工作原理 (30)3.5.3 变频与变压 (33)3.6 位移检测部分的设计 (40)3.6.1 位移检测传感器的选用 (40)3.6.2 光栅位移传感器与单片机的接口设计 (41)3.7 位移传感器部分的设计 (45)3.7.1 A/D转换器的选择 (45)3.7.2 压力传感器与单片机的接口设计 (49)4．系统的PID控制算法 (50)4.1 PID控制原理 (50)4.2 数字PID控制算法 (52)4.2.1 位置式PID控制算法 (52)4.2.2 增量式PID控制算法 (53)4.3 智能自适应PID控制器 (54)5. 系统模拟仿真 (59)5.1 SIMULINK概述 (60)5.2 SIMULINK的窗口和菜单 (60)5.3 用SIMUINK创建模型 (62)5.4 用SIMULINK进行系统仿真与分析 (63)5.4.1 建立控制系统模型 (63)5.4.2 系统模块参数设置与仿真参数设置 (64)5.4.3 系统仿真与分析 (66)6.结论 (69)7.致谢 (70)8. 参考文献 (70)1. 引言1.1 选题的依据及课题的意义随着现代社会的不断发展，工业化程度的不断深入，大尺寸、大重量、不规则表面的工件越来越多的成为工厂加工的对象。
病理床液压伺服系统设计
摘要随着我国医疗事业的发展和计算机的普及与提高，计算机控制技术越来越多地应用于各行各业中，传统的医疗器械已经不能满足患者的需求了。
在此推动下，医疗护理器械的开发势头迅猛，但由于各地经济发展的不平衡性以及诸多人为因素的影响，致使许多先进的医护设备得不到应用，给患者带来了许多不便。
为了克服这种困难，研制一套功能齐全、造价低廉的护理器械尤为重要，在这种背景下，计算机控制多功能病理床应运而生了。
结合病人的需求，设计了一种能自动实现抬头、屈腿、左右侧翻以及同时实现抬头和屈腿等功能的医用多功能病理床。
考虑到该病理床要实现各项功能，特将床板分割成八个部分。
驱动方式上采用液压驱动方式，之所以选用液压系统，是因为其运动速度平稳，实用性强。
每个动作实现都是由两个液压缸同时直接驱动，上升和下降则通过改变换向阀方向来实现。
整个设计分为三步进行：首先设计出能实现动作要求的液压系统原理图，根据要求选择各标准件；其次，进行液压缸体的结构设计及材料的选择；最后，做液压站的总体设计。
关键词：液压系统；液压驱动；病理床AbstractWith the development of medical treatment and the improvement of computers, computer control technique is more and more applied to all kinds of industries, which results the sufferers don’t satisfy traditional medical instruments. Under the impulse of this, the research of medical instruments greatly engages people's attention. But because of the unbalance of regional economic progress and a great deal of factitious factor, many advanced medical instrument are not suitably used, which brings a lot of inconveniences. In order to overcome difficulties, it is more important to study a suit of medical instrument that is multifunctional and cheap, so multifunctional pathological bed controlled by computer comes into being.A kind of multifunction turn-over bed for patients is introduced in this paper, which has the functions of raising head, curling legs, side turning over from left to right separately, or raising head and curling legs at the same time according to patient’s requirement. The bed is composed of 8 parts and hydraulic drive is adopted. We make use of the hydraulic system because hydraulic system’s velocity is stable. Each movement is directly driven by both hydraulic cylinders. Raising and falling of the bed is realized by means of diverting valves. The design is making up of three steps .The first; we design the hydraulic system principle picture and choose the hydraulic stand components. The second, we design the hydraulic cylinder’s construction and their materials. The last, we design the hydraulic station and its arrangement.Keywords Hydraulic System ;The Hydraulic Pressure; The Pathologic Bed;目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 液压系统综述 (1)1.2 病理床国内外研究现状 (2)1.3 课题研究的意义和目的 (2)第2章病理床液压伺服系统的设计 (4)2.1 设计要求 (4)2.2 病理床液压执行元件载荷力计算 (4)2.2.1 进行工作情况分析 (4)2.2.2 头部运动时的负载情况 (5)2.2.3 膝部弯曲时的负载情况 (6)2.2.4 躯干运动时的负载情况 (7)2.3 系统方案制定 (8)2.3.1 执行机构的选择 (8)2.3.2 调速回路的选择 (8)2.3.3 换向回路的选择 (8)2.3.4 液压源的选择 (8)2.4 动作顺序 (8)2.5 病理床液压系统主要参数计算 (10)2.5.1 各液压缸的载荷力计算 (10)2.5.2 初选液压缸工作压力及液压缸回油腔背压力 (11)2.5.3 液压缸主要参数的确定 (11)2.5.4 液压缸实际工作压力的确定 (15)2.5.5 液压缸实际所需的流量 (15)2.5.6 液压缸的输出功率 (15)2.6 液压元件的选择 (16)2.6.1 液压泵的选择 (16)2.6.2 电动机功率的确定 (17)2.6.3 液压阀的选择 (18)2.6.4 管道尺寸的确定 (19)2.6.5 油箱有效容积的确定 (19)2.6.6 液压油的选定 (20)2.7 病理床液压系统性能验算 (20)2.7.1 液压系统压力损失 (20)2.7.2 系统温升验算 (22)2.8 本章小结 (23)第3章病理床所用液压缸基本尺寸的设计 (24)3.1 液压缸主要尺寸的确定 (24)3.1.1 液压缸内径及活塞杆直径的确定 (24)3.1.2 缸筒壁厚的计算 (24)3.1.3 缸体外径的计算 (24)3.1.4 液压缸工作行程的确定 (24)3.1.5 最小导向长度的确定 (25)3.1.6 缸体长度的确定 (26)3.2 液压缸的结构设计 (27)3.2.1 缸体与缸盖的连接结构 (27)3.2.2 活塞杆与活塞的连接结构 (27)3.2.3 密封装置 (27)3.2.4 液压缸的缓冲装置 (28)3.2.5 液压缸主要零件的材料 (28)3.2.6 液压缸的安装方法 (28)3.3 本章小结 (28)第4章病理床液压站的设计 (29)4.1 油箱的设计 (29)4.1.1 液压油箱容积的确定 (29)4.1.2 油箱的结构设计 (30)4.2 液压泵组的结构设计 (31)4.2.1 布置方式 (31)4.2.2 连接和安装方式 (31)4.2.3 防振降噪措施 (32)4.3 本章小结 (32)结论 (33)致谢 (34)参考文献 (35)附录A (36)CONTENTS Abstract (II)Chapter 1 Introduction (1)1.1 Summary of the Hydrauliic System (1)1.2 The Research of Pathological Bed (2)1.3 The Meaning and Purpose of the Research (2)Chapter 2 The Design of Pathological Bed Hydraulic Servo System (4)2.1 Design Requirements (4)2.2 Pathological Bed Hydraulic Actuator Load Force Calculation (4)2.2.1 Analysis of the Work (4)2.2.2 Load of the Head Movement (5)2.2.3 Load of the Knees Bent (6)2.2.4 Load of the Trunk Movement (7)2.3 System Programming (8)2.3.1 The Choice of Implementing Ageny (8)2.3.2 The Choice of Speed Control Loop (8)2.3.3 The Choice of Trading to the Looop (8)2.3.4 The Choice of Hydraulic Source (8)2.4 Sequence of Movement (8)2.5 The Main Calculation of Pathological Bed Hydraulic System (10)2.5.1 Load Force of the Hydraulic Cylinder Calculation (10)2.5.2Primary Hydraulic Cylinder Pressure and Back Presssure of HydraulicCylinder Back to the Oil Chamber (11)2.5.3 The Main Parameters of Hydraulic Cylinder (11)2.5.4 The Determination of Hydraulic Cylinder of the Actual Working (15)2.5.5 Hydraulic Cylinder of the Actual Traffic (15)2.5.6 The Output Power of the Hydraulic Cylinder (15)2.6 Choice of Hydraulic Components (16)2.6.1 The Choice of Hydraulic Pump (16)2.6.2 The Determination of the Motor Power (17)2.6.3 The Choice of Hydraulic Valves (18)2.6.4 The Determination of Pipe Sizes (19)2.6.5 The Determination of the Effective Tank V olume (19)2.6.6 The Selection of the Hydraulic Oil (20)2.7 Pathological Bed Hydraulic System Performance Calculation (20)2.7.1 Hydraulic System Pressure Loss (20)2.7.2 System Temperature Rise Checking (22)2.8 Chapter Summary (23)Chapter 3 Design of Pathological Bed with the Basic Dimensions of Hydraulic Cylinders (24)3.1 The Determine of Hydraulic Cylinder Size (24)3.1.1 Hydraulic Cylinder Bores and Piston Rod Diameter (24)3.1.2 Cylinder Wall Thickness Calculation (24)3.1.3 Cylinder Outer Diameter of the Calculation (24)3.1.4 The Determination of Hydraulic Cylinder Stroke (24)3.1.5 The Determination of Minimumoriented Length (25)3.1.6 The Determination of Cylinder Length (26)3.2 Design of the Structural of Hydraulic Cylinder (27)3.2.1 Connection Structure of Cylinder Block and Cylinder Head (27)3.2.2 Connection Structure of Piston Rod and Piston (27)3.2.3 Seals (27)3.2.4 The Buffer Device of the Hydraulic Cylinder (28)3.2.5 The Main Material Parts of the Hydraulic Cylinder (28)3.2.6 The Installation of the Hydraulic Cylinder (28)3.3 Chapter Summary (28)Chapter 4 Design of Pathological Bed Hydraulic Station (29)4.1 Design of Tank (29)4.1.1 The Determination of the Hydraulic Oil Tank (29)4.1.2 The Structural Design of the Tank (30)4.2 The Structural Design of the Hydraulic Pump Group (31)4.2.1 Layout (31)4.2.2 Connection and Installation (31)4.2.3 The Measures of Anti-vibration Noise Reduction (32)4.3 Chapter Summary (32)Conclusion (33)Acknowledgements (34)References (35)AddendunA (36)第1章绪论1.1液压系统综述液压传动是现代传动中的一门新技术，在工程机械中起着重要作用，是目前科研项目比较广泛的课题。
液压伺服系统电液伺服系统课件
随着科技的不断发展，液压伺服系统也在不断创新和完善。未来，液压伺服系统将朝着智能化、数字 化、网络化方向发展，实现更高效、更精准的控制。同时，液压伺服系统还将更加注重环保和节能， 推动绿色制造和可持续发展。
02 电液伺服系统基础知识
电液转换元件
01
02
03
伺服阀
将电气信号转换为液压流 量或压力，实现液压执行 机构的精确控制。
速度同步
采用液压伺服系统实现多工位、多执行机构的速 度同步，优化生产流程。
航空航天领域中的应用
飞机起落架收放系统
通过电液伺服系统实现飞机起落架的平稳收放，确保飞行安全。
发动机推力控制
利用液压伺服系统对航空发动机进行精确的推力控制，提高飞行 性能。
飞行姿态调整
采用电液伺服系统实现飞行姿态的快速、精确调整，满足复杂飞 行需求。
仿真分析
在系统模型的基础上，进行仿真分析，包括系统动态响应、控制精度、稳定性等方面的评估，以验证设计的合理性。
优化设计
根据仿真分析结果，对系统进行优化设计，包括调整元件参数、改进控制策略等，以提高系统性能。
04 电液伺服系统实现技术
硬件平台搭建
控制器选择
根据系统需求，选用合适的控制器，如PLC、DSP等，确保控制精 度和实时性。
元件选型与计算
元件选型
根据规格书要求，选择合适的液压泵 、马达、阀等元件，确保系统性能达 标。
元件计算
对所选元件进行详细的计算和分析， 包括流量、压力、功率等参数，确保 元件之间的匹配性和系统的稳定性。
系统仿真与优化
系统建模
利用AMESim、MATLAB/Simulink等仿真软件，建立液压伺服系统的数学模型，为后续仿真分析提供基础。
带钢卷曲机纠偏液压伺服控制系统设计共27页
目录1 绪论 (2)1.1 概述 (2)1.1.1 研究背景 (2)1.1.2 研究现状 (3)1.1.3 发展方向 (5)1.2 纠偏电液伺服控制系统的特点和构成 (6)1.3 发展趋势 (6)2 卷取机纠偏控制系统设计 (8)2.1 卷取机工作原理 (8)2.1.1 卷取机的应用 (8)2.1.2 工作方式分析 (8)图2.1卷取机简图 (9)2.2 带钢纠偏控制系统原理 (9)2.2.1 带钢纠偏控制系统的介绍 (10)2.2.2 带钢纠偏控制系统工作原理 (10)2.3 控制系统设计 (10)2.3.1 控制对象的参数 (10)2.3.2 控制系统设计方案 (11)2.3.3 纠偏液压站原理图设计 (11)2.4 系统元件设计选型 (12)2.4.1 光电传感器设计 (12)3 元件的动力学分析和主要参数的确定 (14)3.1 电液伺服阀简介 (14)3.2 系统技术参数计算 (14)3.3 初选系统压力 (15)3.4 对称液压缸的主要参数 (15)3.5 计算对称液压缸的工作压力、流量和功率 (16)3.5.1 计算对称液压缸的工作压力 (16)3.5.2 对称液压缸工作所需的流量 (17)3.5.3 计算对称液压缸的输出功率 (17)3.6 液压控制系统动力元件参数的确定 (17)3.6.1 确定动力元件（伺服阀）参数 (17)3.6.2 动力元件（伺服阀）的选择 (18)3.6.3 液压泵及电机的选型 (18)3.6.4 液压阀的选型 (18)3.7 液压辅件的设计计算与选型 (19)3.7.1 油箱的设计 (19)3.7.2 阀块的设计 (20)3.7.3 管道尺寸的确定 (21)3.7.4 其它元件的选型 (22)3.7.5 液压油的选用 (22)参考文献 (24)1绪论1.1概述电液伺服阀是闭环控制系统中最重要的一种伺服控制元件,它能将微弱的电信号转换成大功率的液压信号(流量和压力)。
数控液压伺服系统设计与应用
数控液压伺服系统设计与应用为提高液压系统控制精度，采用数控液压伺服控制取代传统的电液伺服控制。
介绍数控液压伺服系统的组成，重点介绍数控液压伺服阀的结构和工作原理，并介绍该系统的应用领域。
该系统采用PLC控制步进电机，不仅能够满足数控液压系统的快速性和可靠性要求，而且大大降低成本。
国内在液压精密控制领域，采用传统的电液伺服控制系统，但是其结构复杂、传动环节多、不能由电脉冲信号直接控制。
对于近现代液压伺服控制需考虑：(1)环境和任务复杂，普遍存在较大程度的参数变化和外负载干扰；(2)非线性的影响，特别是阀控动力机构流量非线性的影响；(3)有高的频宽要求及静动态精度的要求，须优化系统的性能；(4)微机控制与数字化及离散化带来的问题；(5)如何通过“软件伺服”达到简化系统及部件的结构。
发达国家已应用数字控制，即数控液压伺服系统来取代电液伺服控制系统。
作者经几年的努力，设计并研制成功自己的数控液压伺服系统，超越传统的电液伺服控制系统，大大提高控制精度。
现对该系统作简要介绍。
1 数控液压伺服系统的组成系统由数控装置、数控伺服阀、数控液压缸或液马达、液压泵站4大部分组成。
系统框图如图1所示。
数控装置包括控制器，驱动器和步进电机。
之所以采用步进电机，是由于计算机技术的飞速发展，使步进电机的性能在快速性和可靠性方面能够满足数控液压系统的要求，而其价格低廉，又由于数控液压系统结构的改进，所需电机功率较小，不需采用宽调速伺服电机等大功率伺服电机系统，大大降低成本。
液压缸、液马达和液压泵站是液压行业的老产品，只要按数控液压伺服系统的要求选取精度较高的即可应用。
伺服控制元件是液压伺服系统中最重要、最基本的组成部分，它起着信号转换、功率放大及反馈等控制作用心，所以整个数控液压伺服系统的关键部件就是数控伺服阀，它将电脉冲控制的步进电机的角位移精确地转换为液压缸的直线位移(或液马达的角位移)，即只要有了合格的数控伺服阀，就能获得不同的数控液压伺服系统。
压力传感器性能试验台液压伺服系统设计
Ｗ Ｕ Ｙ ｎ ，Ｓ ｈ ｏ ｆ ｏ ｇ ＵＮ Ｚ ａ — ｕ
（ 中国矿业大学（ 北京）北京市海淀 区学 院路 丁 １ 号 １０ ８ 电话 ：３ １０ ９ ４ ） ， １ ００３ １６ ８ ６ １ １
摘
要： 该文介绍 了压 力传 感器性能试验 台液压伺服 系统的工作原理 、 成及如何提 高试验 台的 高压 高频 组
ＭＰ ， 验 频 率范 围为 ０ ４ ｚ此 带 电反馈 的 闭环 控 ａ试 ～ ０Ｈ ， 制 系统 选用 １０Ｈ 以 上 的 电液伺 服 阀 ，此 装 置无 惯 ５ ｚ 性 负 载且 油 液 腔 体 积 较小 、 固有 频 率 较 大 ， 到 了实 达
收 稿 日期 ：０ ８０ —３ ２ ０ —３０
作者 简介 ： 吴勇（ ９ ８ ）男 ， １５ 一 ， 山西省灵石县人 ， 副教授， 博士，
主要从事 机械 电子工程 的科研教学工作 和电液伺服试验机等机
电一体化 系统 的设计研究工作 。
Ｈ ． ・ ｛Ｈ 卜＿ ． ＿ ｝—｝
列高压高频的周期信号 ， 系列压力信号的产生是通 其
维普资讯
２０ ０ ８年第 ８ 期
液 压 与 气 动
５
压力传感器性能试 验 台液压伺服 系统设计
吴 勇 ， 照 富 孙
Ｄｅ ｉｎ ｏ ｄ ａ ｌ ｅ ｖ ｙ ｔｍ ０ ｅ ｆｒ ｎ ｅＴ ｓ ｃ ｉ ｅ ｓｇ ｆＨｙ ｒ ｕ ｉ Ｓ ｒ ｏＳ ｓｅ ｆｒＰ ｒｏ ｍａ ｃ ｅ ｔ ｃ Ｍａ ｈ ｎ
由于 电液 伺 服 系 统 具 有 出力 大 、 应和卸载。针对降低成本 ， 高压时加载装 置采用增压装置 ， 高频时采用无惯性负载的非增压机 构ｌ ２ ］ 。
机电一体化液压伺服系统设计
液压伺服系统设计专业：机电一体化技术年级：学生姓名：指导教师：摘要机电一体化是以机械技术和电子技术为主题，多门技术学科相互渗透、相互结合的产物；是正在发展和逐渐完善的一门新兴的边缘学科。
机电一体化使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化使工业生产由“机械电气化”迈入了以“机电一体化”为特征的发展阶段。
本设计中提到的微机数控机床是利用单板或单片微机对机床运动轨迹进行数控及对机床辅助功能动作进行程序控制的一种自动化机械加工设备。
采用微机数控机床进行机械加工的最大优点是能够有效地提高中、小批零件的加工生产率保证加工质量。
此外，由于微型计算机具有价格低、体积小、性能可靠和使用灵活等特点微机数控机床的一次性投资比全功能数控机床节省得多，且又便于一般工人掌握操作和维修。
因此将专用机床设计成微机数控机床已成为机床设计的发展方向之一。
本设计中用到的步进电机是一种将数字信号直接转换成角位移或线位移的控制驱动元件具有快速起动和停止的特点。
其驱动速度和指令脉冲能严格同步；具有较高的重复定位精度并能实现正反转和平滑速度调节。
它的运行速度和步距不受电源电压波动及负载的影响，因而被广泛应用于数模转换、速度控制和位置控制系统。
目录4446第1章总体方案设计1.1 总体分析本次设计实现的是一两座标步进电机驱动运动工作台控制系统的设计。
设计采用单片机对系统进行控制，单片机的包括键盘与显示的控制、与PC机的串口通讯、以及电机输入输入输出信号的控制。
电机的输入信号包含报警监测，在机床边缘运用一个接近开关即可实现此目的。
1.2 方案框图单片机作为控制的核心：一方面对机床的运动方向和位移量进行控制，另外还将与键盘对应的位移信息显示在LED上，并实现与PC机的通信。
第2章单元模块设计2.1 键盘与显示模块随着电子及计算机技术的飞速发展，涌现出了许多的智能型芯片，ＩＮＴＥＬ、ＡＴＭＥＬ、ＭＩＣＲＯＣＨＩＰ、ＭＯＴＯＲＯＬＡ和ＰＨＩＬＰＳ等公司都推出了一系列满足不同行业多种需求的单片机芯片，ＣＰＵ的价格也从９０年代初的成百元降至如今最便宜的芯片只有数元，而一些功能单一的外围接口芯片，越来越多地被功能强大、灵活方便的智能型芯片所代替。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
液压伺服系统设计液压伺服系统设计在液压伺服系统中采用液压伺服阀作为输入信号的转换与放大元件。
液压伺服系统能以小功率的电信号输入，控制大功率的液压能（流量与压力）输出，并能获得很高的控制精度和很快的响应速度。
位置控制、速度控制、力控制三类液压伺服系统一般的设计步骤如下：1）明确设计要求：充分了解设计任务提出的工艺、结构及时系统各项性能的要求，并应详细分析负载条件。
2）拟定控制方案，画出系统原理图。
3）静态计算：确定动力元件参数，选择反馈元件及其它电气元件。
4）动态计算：确定系统的传递函数，绘制开环波德图，分析稳定性，计算动态性能指标。
5）校核精度和性能指标，选择校正方式和设计校正元件。
6）选择液压能源及相应的附属元件。
7）完成执行元件及液压能源施工设计。
本章的内容主要是依照上述设计步骤，进一步说明液压伺服系统的设计原则和介绍具体设计计算方法。
由于位置控制系统是最基本和应用最广的系统，所以介绍将以阀控液压缸位置系统为主。
4.1 全面理解设计要求4.1.1 全面了解被控对象液压伺服控制系统是被控对象—主机的一个组成部分，它必须满足主机在工艺上和结构上对其提出的要求。
例如轧钢机液压压下位置控制系统，除了应能够承受最大轧制负载，满足轧钢机轧辊辊缝调节最大行程，调节速度和控制精度等要求外，执行机构—压下液压缸在外形尺寸上还受轧钢机牌坊窗口尺寸的约束，结构上还必须保证满足更换轧辊方便等要求。
要设计一个好的控制系统，必须充分重视这些问题的解决。
所以设计师应全面了解被控对象的工况，并综合运用电气、机械、液压、工艺等方面的理论知识，使设计的控制系统满足被控对象的各项要求。
4.1.2 明角设计系统的性能要求1）被控对象的物理量：位置、速度或是力。
2）静态极限：最大行程、最大速度、最大力或力矩、最大功率。
3）要求的控制精度：由给定信号、负载力、干扰信号、伺服阀及电控系统零飘、非线性环节（如摩擦力、死区等）以及传感器引起的系统误差，定位精度，分辨率以及允许的飘移量等。
4）动态特性：相对稳定性可用相位裕量和增益裕量、谐振峰值和超调量等来规定，响应的快速性可用载止频率或阶跃响应的上升时间和调整时间来规定；5）工作环境：主机的工作温度、工作介质的冷却、振动与冲击、电气的噪声干扰以及相应的耐高温、防水防腐蚀、防振等要求；6）特殊要求；设备重量、安全保护、工作的可靠性以及其它工艺要求。
4.1.3 负载特性分析正确确定系统的外负载是设计控制系统的一个基本问题。
它直接影响系统的组成和动力元件参数的选择，所以分析负载特性应尽量反映客观实际。
液压伺服系统的负载类型有惯性负载、弹性负载、粘性负载、各种摩擦负载（如静摩擦、动摩擦等）以及重力和其它不随时间、位置等参数变化的恒值负载等。
4.2 拟定控制方案、绘制系统原理图在全面了解设计要求之后，可根据不同的控制对象，按表6所列的基本类型选定控制方案并拟定控制系统的方块图。
如对直线位置控制系统一般采用阀控液压缸的方案，方块图如图36所示。
图36 阀控液压缸位置控制系统方块图4.3 动力元件参数选择动力元件是伺服系统的关键元件。
它的一个主要作用是在整个工作循环中使负载按要求的速度运动。
其次，它的主要性能参数能满足整个系统所要求的动态特性。
此外，动力元件参数的选择还必须考虑与负载参数的最佳匹配，以保证系统的功耗最小，效率高。
动力元件的主要参数包括系统的供油压力、液压缸的有效面积（或液压马达排量）、伺服阀的流量。
当选定液压马达作执行元件时，还应包括齿轮的传动比。
4.3.1 供油压力的选择选用较高的供油压力，在相同输出功率条件下，可减小执行元件——液压缸的活塞面积（或液压马达的排量），因而泵和动力元件尺寸小重量轻，设备结构紧凑，同时油腔的容积减小，容积弹性模数增大，有利于提高系统的响应速度。
但是随供油压力增加，由于受材料强度的限制，液压元件的尺寸和重量也有增加的趋势，元件的加工精度也要求提高，系统的造价也随之提高。
同时，高压时，泄漏大，发热高，系统功率损失增加，噪声加大，元件寿命降低，维护也较困难。
所以条件允许时，通常还是选用较低的供油压力。
常用的供油压力等级为7MPa到28MPa，可根据系统的要求和结构限制条件选择适当的供油压力。
4.3.2 伺服阀流量与执行元件尺寸的确定如上所述，动力元件参数选择除应满足拖动负载和系统性能两方面的要求外，还应考虑与负载的最佳匹配。
下面着重介绍与负载最佳匹配问题。
（1）动力元件的输出特性将伺服阀的流量——压力曲线经坐标变换绘于υ－F L平面上，所得的抛物线即为动力元件稳态时的输出特性，见图37。
图37 参数变化对动力机构输出特性的影响a）供油压力变化；b）伺服阀容量变化；c）液压缸面积变化图中 F L——负载力，F L=p L A；p L——伺服阀工作压力；A——液压缸有效面积；υ——；液压缸活塞速度，q L——伺服阀的流量；q0——伺服阀的空载流量；p s——供油压力。
由图37可见，当伺服阀规格和液压缸面积不变，提高供油压力，曲线向外扩展，最大功率提高，最大功率点右移，如图37a。
当供油压力和液压缸面积不变，加大伺服阀规格，曲线变高，曲线的顶点A p s不变，最大功率提高，最大功率点不变，如图37b。
当供油压力和伺服阀规格不变，加大液压缸面积A，曲线变低，顶点右移，最大功率不变，最大功率点右移，如图37c。
（2）负载最佳匹配图解法在负载轨迹曲线υ－F L平面上，画出动力元件输出特性曲线，调整参数，使动力元件输出特性曲线从外侧完全包围负载轨迹曲线，即可保证动力元件能够拖动负载。
在图38中，曲线1、2、3代表三条动力元件的输出特性曲线。
曲线2与负载轨迹最大功率点c 相切，符合负载最佳匹配条件，而曲线1、3上的工作点α和b，虽能拖动负载，但效率都较低。
（3）负载最佳匹配的解析法参见液压动力元件的负载匹配。
（4）近似计算法在工程设计中，设计动力元件时常采用近似计算法，即按最大负载力F Lmax选择动力元件。
在动力元件输出特性曲线上，限定F Lmax≤p L A=，并认为负载力、最大速度和最大加速度是同时出现的，这样液压缸的有效面积可按下式计算：（37）图38 动力元件与负载匹配图形按式37求得A值后，可计算负载流量q L，即可根据阀的压降从伺服阀样本上选择合适的伺服阀。
近似计算法应用简便，然而是偏于保守的计算方法。
采用这种方法可以保证系统的性能，但传递效率稍低。
（5）按液压固有频率选择动力元件对功率和负载很小的液压伺服系统来说，功率损耗不是主要问题，可以根据系统要求的液压固有频率来确定动力元件。
四边滑阀控制的液压缸，其活塞的有效面积为（38）二边滑阀控制的液压缸，其活塞的有效面积为（39）液压固有频率ωh可以按系统要求频宽的（5～10）倍来确定。
对一些干扰力大，负载轨迹形状比较复杂的系统，不能按上述的几种方法计算动力元件，只能通过作图法来确定动力元件。
计算阀控液压马达组合的动力元件时，只要将上述计算方法中液压缸的有效面积A 换成液压马达的排量D，负载力F L换成负载力矩T L，负载速度换成液压马达的角速度，就可以得到相应的计算公式。
当系统采用了减速机构时，应注意把负载惯量、负载力、负载的位移、速度、加速度等参数都转换到液压马达的轴上才能作为计算的参数。
减速机构传动比选择的原则是：在满足液压固有频率的要求下，传动比最小，这就是最佳传动比。
4.3.3 伺服阀的选择根据所确定的供油压力p s和由负载流量q L（即要求伺服阀输出的流量）计算得到的伺服阀空载流量q0，即可由伺服阀样本确定伺服阀的规格。
因为伺服阀输出流量是限制系统频宽的一个重要因素，所以伺服阀流量应留有余量。
通常可取15%左右的负载流量作为伺服阀的流量储备。
除了流量参数外，在选择伺服阀时，还应考虑以下因素：1）伺服阀的流量增益线性好。
在位置控制系统中，一般选用零开口的流量阀，因为这类阀具有较高的压力增益，可使动力元件有较大的刚度，并可提高系统的快速性与控制精度。
2）伺服阀的频宽应满足系统频宽的要求。
一般伺服阀的频宽应大于系统频宽的5倍，以减小伺服阀对系统响应特性的影响。
3）伺服阀的零点漂移、温度漂移和不灵敏区应尽量小，保证由此引起的系统误差不超出设计要求。
4）其它要求，如对零位泄漏、抗污染能力、电功率、寿命和价格等，都有一定要求。
4.3.4 执行元件的选择液压伺服系统的执行元件是整个控制系统的关键部件，直接影响系统性能的好坏。
执行元件的选择与设计，除了按本节所述的方法确定液压缸有效面积A（或液压马达排量D）的最佳值外，还涉及密封、强度、摩擦阻力、安装结构等问题。
4.4 反馈传感器的选择根据所检测的物理量，反馈传感器可分为位移传感器、速度传感器、加速度传感器和力（或压力）传感器。
它们分别用于不同类型的液压伺服系统，作为系统的反馈元件。
闭环控制系统的控制精度主要决定于系统的给定元件和反馈元件的精度，因此合理选择反馈传感器十分重要。
传感器的频宽一般应选择为控制系统频宽的5～10倍，这是为了给系统提供被测量的瞬时真值，减少相位滞后。
传感器的频宽对一般系统都能满足要求，因此传感器的传递函数可近似按比例环节来考虑。
4.5 确定系统方块图根据系统原理图及系统各环节的传递函数，即可构成系统的方块图。
根据系统的方块图可直接写出系统开环传递函数。
阀控液压缸和阀控液压马达控制系统二者的传递函数具有相同的结构形式，只要把相应的符号变换一下即可。
4.6 绘制系统开环波德图并确定开环增益系统的动态计算与分析在这里是采用频率法。
首先根据系统的传递函数，求出波德图。
在绘制波德图时，需要确定系统的开环增益K。
改变系统的开环增益K时，开环波德图上幅频曲线只升高或降低一个常数，曲线的形状不变，其相频曲线也不变。
波德图上幅频曲线的低频段、穿越频率以及幅值增益裕量分别反映了闭环系统的稳态精度、截止频率及系统的稳定性。
所以可根据闭环系统所要求的稳态精度、频宽以及相对稳定性，在开环波德图上调整幅频曲线位置的高低，来获得与闭环系统要求相适应的K值。
4.6.1 由系统的稳态精度要求确定K由控制原理可知，不同类型控制系统的稳态精度决定于系统的开环增益。
因此，可以由系统对稳态精度的要求和系统的类型计算得到系统应具有的开环增益K。
4.6.2由系统的频宽要求确定K分析二阶或三阶系统特性与波德图的关系知道，当ζh和K/ωh都很小时，可近似认为系统的频宽等于开环对数幅值曲线的穿越频率，即ω-3dB≈ωc，所以可绘制对数幅频曲线，使ωc在数值上等于系统要求的ω-3dB值，如图39所示。
由此图可得K值。
图39 由ω-3dB绘制开环对数幅频特性a）0型系统；b）I型系统4.6.3 由系统相对稳定性确定K系统相对稳定性可用幅值裕量和相位裕量来表示。