液压元件与系统设计2

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1、液压元件与系统设计——液压系统设计（第四讲）电液控制系统设计（回顾）1电液控制系统分类按控制物理量分类（位置、速度、力）按液压控制元件控制方式的不同分类（阀控、泵控）根据输入信号形式和信号处理手段分类（模拟、数字、混合等）2电液位置控制系统电液位置控制系统组成和方块图性能分析A．稳定性分析Kv＜2hh＜(0.2~0.4)hB．位置控制系统的闭环频率特性当h和Kv/h较小时，cbKv，nch，2nc2h—Kv/hC．系统的精度分析系统闭环静态刚度为干扰力矩引起位置误差为3．校正方法（滞后校正、速度加速度反馈）4．速度、力控制系统的

2、特点、组成、性能分析及精度分析5电液伺服系统的设计步骤弄清设计要求；拟定设计方案；进行负载匹配；选定电液伺服阀的伺服放大器；设计液压伺服缸；设计液压泵站；分析系统性能；进行必要的补偿；进行系统调试；进行技术总结。以上步骤不是单方向的，会有交叉反复。分析计算步骤1)明确设计要求(A)负载分析（负载类型、绘制负载特性）(B)控制性能要求（控制类型、动静态要求）(C)工作环境要求及其它（环境、能源及其它）2)方案选择(A)拟定控制方案（泵控？阀控？缸？马达？）(B)画出系统原理图3)静态计算(A)负载计算（负载轨迹、最佳匹配、执行元件、阀及泵的主要参数）(B)根据最

3、大流量和最大压力设计或选择所需各液压元件。(C)选择系统中其它电放大元件、反馈元件、传感器。（误差分配）4)动态计算·分析各元件的动态特性，画出系统方块图，求出系统传递函数，画出系统开环频率特性，分析稳定性及稳定裕量，计算闭环频宽。·计算系统开环增益，静态误差。·如不满足设计要求，进行校正，直到满足为止。5)选择液压能源及原动机P、Q、油液的清洁度及空气含量应满足要求电液位置控制系统设计实例一设有一数控机床工作台的位置需要连接控制，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

4、质量m＝1000kg最大加速度amax＝1m/s2最大行程S＝50cm最大速度v=8cm/s工作台最大摩擦力Ff＝2000N最大切削力Fc＝500N供油压力ps＝6.3MPa反馈传感器增益Kf＝1V／cm(1)确定系统方案采用伺服阀控制液压缸的系统结构。(2)确定工作台速度和负载力的关系负载力由切削力Fc，摩擦力Ff和惯性力Fa等组成。惯性力Fa按最大加速度考虑Fa＝mamax＝1000N系统在最恶劣的负载条件下工作时的总负载力F＝3500N。工作台速度和负载力的关系曲线如下图所示。(3)确定液压缸有效工作面积A和结构尺寸D，d令负载压力pL=2/3ps，因为

5、F=ApL，所以A=3F/(2ps)=8.3cm2现确定液压缸活塞直径D及活塞杆直径d。因为A＝/4(D2—d2)，取d／D＝0.5代入上式得D＝3.75cm，圆整取D=4cm，d=2.2cm校核有效工作面积A得A=8.04cm2，取A＝8cm2。(4)确定伺服阀规格最大速度工况时负载压降为pL＝F/A=4.375MPa伺服阀压降pv＝ps-pL=1.925MPa，负载流量qL=vm×A＝3.84L／min查伺服阀样本，阀压降7MPa，额定电流IR为30mA时，流量为8l/min的伺服阀就可满足多ps＝1.925MPa，输出流量qL＞3.84L／min的要

6、求。(5)确定系统传递函数(A)电液伺服阀的传递函数额定流量81/min的伺服阀在供油压力ps＝6.3MPa时的空载流量为7.6l/min，阀的增益为伺服阀生产厂提供了sv=600rad/s，sv=0.5的数值。电液伺服阀的传递函数(B)液压缸的传递函数设取代入h式中得所以得到液压缸的传递函数为：(C)反馈传感器的传递函数(D)电放大器的传递函数待定(E)系统的开环增益(6)系统开环频率特性从图中可见，系统频宽f-3dB时，稳定裕量为5dB和90。(7)计算系统稳态误差·指令输入最大速度v=8cm／s时的误差为·干扰输入引起的误差：干扰有伺服放大器温度

7、零飘、伺服阀的零飘和磁滞及执行元件的不良灵敏度等，将其总和折合成伺服阀输入电流的干扰为f＝0.02IR，对这个干扰来说，系统属于0型，当其在一段时间内为常量时，系统的位置误差为可见，系统达到了原定设计指标。电液位置控制系统设计实例二1．设计要求假定电液伺服系统需要驱动质量m＝160kg的负载作正弦规律运动，最大振幅为Y＝5mm，最高速度为45cm／s，最大加速度为l0g100m/s2，工作频率范围为1~100Hz。客户指定供油压力为21MPa。快速性要求是100Hz时相位移小于180。2．设计方案其中信号源由客户自备，其他元件在后面具体选定或设计。3．负

8、载匹配(1)供油压力pa客户指定供油压