燕山大学燕山大学液压飞剪伺服控制系统液压飞剪伺服控制系统指导老师：指导老师：班班 级：级：小组成员：小组成员： 目录目录一．一．研究目的研究目的————————————————————————————————————————————————————2二．二．设计参数设计参数————————————————————————————————————————————————————2三．三．采用采用 AMESim 软件建立液压飞剪速度伺服控制系统仿真模型软件建立液压飞剪速度伺服控制系统仿真模型————————6四．四．液压飞剪速度伺服控制系统的时间响应曲线和频率响应曲线，得出系统液压飞剪速度伺服控制系统的时间响应曲线和频率响应曲线，得出系统频宽频宽————————————————————————————————————————————————————————7五．五．影响阀控马达系统频率特性的参数，并总结规律影响阀控马达系统频率特性的参数，并总结规律——————————————————9六．六．总结总结————————————————————————————————————————————————————————11电液控制系统设计电液控制系统设计一、研究目的一、研究目的 采用 AMESim 软件仿真分析手段，通过本课题的完成，使学生对阀控缸马 达速度伺服系统的相关理论进行更为深入的学习，重点掌握以下知识点： 1) 阀控马达速度控制系统数学模型； 2) AMESim 阀控马达速度控制系统仿真模型建立； 3) 阀控马达速度控制系统的动态响应分析(时域分析、频域分析)； 4) 总结得出影响阀控马达速度控制系统参数对其系统频率的影响规律。
二、设计参数二、设计参数序序号号参参 数数 项项参参 数数 值值单单 位位备备 注注1液压剪运动部分质量500Kg2钢板送进速度100mm/s3液压剪回程速度250mm/s4钢板长度8m5速度控制精度±3mm/s6主控制阀滑阀力士乐7主高压管直径由计算确定mm0m15m8主高压管长度(软管)20m9油液密度850Kg/m310油液粘度32mm2/s11工作温度40℃ 12工作压力14MPa三、设计过程 （一）拟定系统工作原理图 由于控制功率较小，所以采用阀控液压马达系统，系统功能工作原理方框图如下所示：（二）确定动力元件参数及其他组成元件参数1、选择系统供油压力 =𝑃𝑆 200 × 105 𝑃𝑎2、求液压马达的排量取 = ，则液压马达排量为𝑃𝐿2 3 𝑃𝑆𝐷𝑚 =𝑇𝐿𝑚𝑎𝑥𝑃𝐿=3𝑇𝐿𝑚𝑎𝑥2𝑃𝑠=83.6 × 10‒ 62𝜋𝑚3 𝑟𝑎𝑑 = 1.33 × 10‒ 5 𝑚3 𝑟𝑎𝑑选取液压马达排量为𝐷𝑚 = 1.33 × 10‒ 5 𝑚3 𝑟𝑎𝑑3、确定伺服阀规格 伺服阀流量为:𝑞𝐿 = 2𝜋𝑁𝑚𝑎𝑥 𝐷𝑚 = 2𝜋 × × × 𝑚3𝑚𝑖𝑛 = 5 × 10‒ 3 𝑚3 𝑚𝑖𝑛 此时伺服阀压降为 𝑃𝑣= 𝑃𝑆 ‒𝑇𝐿𝑚𝑎𝑥𝐷𝑚=(200 ‒ 140)× 105 𝑃𝑎= 6 0 × 105 𝑃𝑎根据 、 选取伺服阀。
查样本，额定流量（阀压降为 30 的输出流量）𝑃𝑣𝑞𝐿 × 105 𝑃𝑎为 30 的阀可以满足条件，该阀的额定电流为 𝐿 𝑚𝑖𝑛𝐼𝑛= 30 × 10‒ 3 𝐴4、选择速度传感器和积分放大器 速度传感器在最大速度时输出电压为 10V，则速度传感器增益为𝐾𝑓𝑣=10 × 106 2𝜋 × 1000 𝑣 ∙ 𝑠 𝑟𝑎𝑑= 0.212 𝑣 ∙ 𝑠𝑟𝑎𝑑积分放大器增益 待定𝐾𝑎（三）确定各环节的传递函数 1、伺服阀的传递函数供油压力= 时，阀的空载流量为 𝑃𝑆 200 × 105 𝑃𝑎阀的流量增益为 𝑞0𝑚=30 × 10‒ 3 60𝑚3 𝑠= 5 × 10‒ 4 𝑚3 𝑠𝐾𝑠𝑣=𝑞0𝑚 𝐼𝑛=30 × 10‒ 3 6030 × 10‒ 3 𝑚3 𝑠 ∙ 𝐴= 1.67 × 10‒ 2𝑚3 𝑠 ∙ 𝐴由样本查的伺服阀固有频率 ，阻尼比 于是伺服阀的传𝜔𝑠𝑣= 942𝑟𝑎𝑑𝑠𝜉𝑠𝑣= 0.7递函数为𝑄0∆𝐼=1.67 × 10‒ 2𝑆26802+2 × 0.7 680𝑆 + 12、液压达马—-负载的传递函数 去总压缩容积为𝑉𝑡= 3.5 × 2𝜋𝐷𝑚= 3.5 × 2𝜋 × 1.33 × 10‒ 5𝑚3= 2.926 × 10‒ 6𝑚3式中，3.5 是考虑无效容积的系数。
根据所选取的液压马达查得 ，负载总惯量为𝐽𝑚= 0.0072𝑘𝑔 ∙ 𝑚2𝐽𝑡= 𝐽𝑚 + 𝐽𝑙=(0.0072 + 2.6)𝑘𝑔 ∙ 𝑚2= 2.6072𝑘𝑔 ∙ 𝑚2液压固有频率为𝜔ℎ= 2𝐷𝑚 𝛽𝑒𝑉𝑡𝐽𝑡= 2 × 1.33 × 10‒ 51.4 × 1092.926 × 10‒ 4× 2.6072𝑟𝑎𝑑 𝑠= 36.03𝑟𝑎𝑑𝑠假定 ，取液压马达泄露系数 阀的流量—压力系𝐵𝑚= 0𝐶𝑚= 7 × 10‒ 13𝑚3 𝑠 ∙𝑃𝑎数应取工作范围内的最小值，因为𝐾𝑐=𝐶𝑑𝑊𝑥𝑣01 𝜌(𝑝𝑠‒ 𝑝𝐿0)2(𝑝𝑠‒ 𝑝𝐿0)=𝑞𝐿02(𝑝𝑠‒ 𝑝𝐿0)所以 最小值发生在 和 均为最小的时候在空载最低转速时 和 𝐾𝑐𝑞𝐿0𝑝𝐿0𝑞𝐿0𝑝𝐿0最小，此时𝑞𝐿0= 2𝜋 × 2.5 × 10‒ 6×50 60𝑚3 𝑠= 13.1 × 10‒ 6𝑚3 𝑠考虑摩擦力矩，取 。
则𝑝𝐿0= 7 × 105 𝑃𝑎𝐾𝑐𝑚𝑖𝑛=13.1 × 10‒ 62 × (70 × 105‒ 7 × 105)𝑚3 𝑠 ∙ 𝑃𝑎= 1 × 10‒ 12𝑚3 𝑠 ∙ 𝑃𝑎由以上数据得阻尼比𝜉ℎ=𝐾𝑐𝑒𝐷𝑚𝛽𝑒𝑉𝑡𝐽𝑡=2.54 × 10‒ 121.33 × 10‒ 51.4 × 109× 2.60722.926 × 10‒ 4= 0.67液压马达—负载的传递函数为𝜃𝑚𝑄0=7.5 × 10‒ 4𝑠236.032+2 × 0.67 36.03+ 1（四）绘制系统开环伯德图，检查系统稳定性 根据系统工作原理方块图和所确定的传递函数可以画出系统方块图，系统开环传递函数为𝑈𝑓𝑈𝑒=26.553(𝑆26802+2 × 0.7 680𝑆 + 1)(𝑠236.032+2 × 0.67 36.03+ 1)根据上式可以画出系统开环伯德图，如下有图可以看出，系统幅值裕量为 -5.89 dB，因此系统不稳定，需加校正装置五）确定校正装置参数 添加 PID 调节器，其参数为：P=1;I=1.5;D=0 其传递函数为𝐺𝑐(𝑠)= 𝐾𝑝+1 𝑇𝑖𝑆=𝐾𝑝𝑇𝑖𝑆 + 1𝑇𝑖𝑆=𝑆 + 1.5 𝑆加上校正装置后的 bode 图 幅值裕度 5.12dB 相角裕度穿越频率 20Hz。
40°三、采用三、采用 AMESim 软件建立液压飞剪速度伺服控制系统仿真模型软件建立液压飞剪速度伺服控制系统仿真模型四、液压飞剪速度伺服控制系统的时间响应曲线和频率响应曲线，得出系统频四、液压飞剪速度伺服控制系统的时间响应曲线和频率响应曲线，得出系统频 宽1.系统的速度响应曲线在 0.5 秒时达到要求 2.系统频率响应曲线由以上可看出经过校正后幅值裕度 5.12dB 相角裕度 穿越频率 20Hz 系统频宽为 30HZ40°则系统稳定五、五、影响阀控马达系统频率特性的参数，并总结规律影响阀控马达系统频率特性的参数，并总结规律 Pid 的原始参数 p=0.3，i=1，d=0 （1）将 p 改为 10 时系统的响应曲线由此图和前面的 bode 图对比可知，当 p 变大时系统地波动变大 P 影响系统的系统的响应速度，稳定性 （2）将 i 改为 10 时系统的响应曲线将 i 改为 20 时系统的响应曲线此图与前图对比，可以看出当 i 影响开头增益及稳定性 六、总结六、总结 经过十几天的设计，尤其是各位老师悉心教诲，耐心的讲解下，经过我们组成员的努力， 完成了以下设计任务 1.查阅多方面资料，全面了解钢筋调直切断机得发展概况。
2.结合原有的系统原理图，建立了其仿真系统，主要设计了阀和马达的参数，调节 pid 使 系统达到稳定状态 3.参照样本及其参数，完成系统传递函数的计算 4.利用仿真模型得出系统的 bode 图和响应曲线，进而分析系统的频域及影响其频域的参 数。