液压系统设计跑偏.docx

跑偏控制系统设计
为防止如带钢、皮带等卷绕过程会产生跑偏问题，就必须进行跑偏控制，也即边沿位置控制。设备控制系统的组成和原理如下图所示。

图1原理图
该系统的工作原理是：系统的光电检测器由光源与光电二组成，同卷筒刚性连接，当被控边沿(如带钢)等正常运行，光电管接受一半光照，其电阻值为R当被控边沿偏离检测器中央时，光电管接受的光照发生变化．电阻值随之变化，因而破坏了以光电管电阻为一臂的电桥平衡，输出一偏差信号电压，此电压信号经放大器放大后产生差动电流△I输入到电一液伺服阀，产生正比于输入信号的流量，控制液压缸拖动卷筒，使其向纠偏的力向运动，直到跑偏位移为零，使卷筒处于中心位置。由于检测器与卷筒起移动，形成了直接位置反馈。
1.设计要求和给定参数
(1)带材最大速度：vm=2.2×102m/s；
(2)最大钢卷重力：G1=147000N
其他部件移动重力G2=196000N；
故负载质量M：(G1+G2)/9.8=35000kg；
(3)工作行程：L=150mm；
(4)对控制系统的要求
最大调节速度：Vm=2.2x10-2m/s：
系统频宽：wb>20rad/s
最大加速度:am=0.47×l0-2m/s2。
系统最大误差ep≤±2×10-3m
2.控制方案拟定
根据工作要求，决定采用电液伺服阀和液压缸控制方案，如图1所示。系统的职能方框图如图2所示。

图2职能方块图
3根据主要设计参数确定主要装置
1油源
采用压力补偿变量泵，为保护伺服阀，应采取措施，防止油液污染，根据工作要求，
油源压力取为Ps=4MPa。
2)确定动力元件尺寸参数
(1)负载：总负载力
FL=Fa+Ff=Mam+Gf=19145N
(2)确定执行元件——液压缸参数
通常把负载压力取为PL=23ps=26MPa
由于PL=FL/Ap，所以
Ap=FL/pL=0.72x10-2m2
根据工作需要，该装置的负载压力，主要满足拖动力即可，负载压力不要太大，可把负载压力取得更小些．即把作用面积取为
Ap=FL/pL=1.68x10-2m2
则PL=FL/Ap=2.02MPa≤2ps/3=2.6MPa，合理。
(3)伺服阀规格的选定
系统最大速度为vm=2.2×102 m/s,这时所需负载流量为
qL=Apvm=3.696m3/s
所选伺服阀压降为△p=1.9MPa，根据负载流量和伺服阀压降，选择2560×1000=4.16×10-4m3/s的伺服阀，可满足负载流量要求。
（4）其他组成原件
由于检测器与放人器的时间常数很小．因此，光电检测器的增益
Ki=188.6A/m
4控制系统的计算
动力元件传递函数
xpqL=1Apss2wh2+2ζhwh+1

下面确定wh,ζh
液压缸除满足行程L的要求外，尚应留有一定的空行程，并考虑连接管道的容积，取Vt=0.15xl.68×10=2.873x10-3m3,βe=6.9×108N/m2，故动力元件的液压固有频率为
wh=4Ap2βeMVt=88rad/s
取ζh=0.7，故液压动力元件的传递函数
xpqL=59.5ss2882+2×0.788s+1
伺服阀传递函数为
qL△i=Ksvs2wsv2+2ζsvwsvs+1
伺服阀的动态参数可按样本取值，取伺服阀额定电流为300mA，供油压力ps=4MPa时的
空载流量为35.36/60X1000m3/s，得伺服阀的空载平均流量增益
Ksv=35.9660×1000×0.3=1.96×10-3m3/(sA)
查得
Wsv=157rad/s
ζsv=0.7
代入则得伺服阀的传递函数
qL△i=1.96×10-3s21572+2×0.7157s+1
系统的开环传递函数为
G(s)H(s)=Kvss21572+2×0.7157+1s2882+2×0.788+1
式中：Kv=188.6×59.5×1.96×10-3=21.994
对于干扰来说，系统是零型的。启动和切削不处于同一动作阶段，静摩擦干扰就不必考虑。伺服放大器的温度零漂（0.05%In—1%In）、伺服阀零漂和滞环（1%In—2%In）、执行元件的不灵敏区（0.5%In—1%In）。假定上述干扰量之和为±2%In，由此引起的位置误差为
ef=±0.02InKaKf
对于指令输入来说，系统是Ⅰ型的，最大速度vm=2.2×10-2m/s时的速度误差为
er=vmaxKv
根据上述计算数据，绘制simulink图形如图3所示。图4是它的运行结果。

图3simulink模型

图4运行结果
由图4可看出系统稳定，所选参数正确。
5.系统品质分析
编写matlab程序实现Bode图的绘制和误差分析，程序如下：
>>Ap=1.68e-2;
>>In=0.03;
>>ps=4e6;
>>pL=2*ps/3;
>>Ki=188.6;