【正文】 揚州大學(xué)廣陵學(xué)院 本 科 生 畢 業(yè) 論 文 畢業(yè)論文題目 非對稱活塞式擺動液壓馬達的電液比例的控制系統(tǒng)設(shè)計 學(xué) 生 姓 名 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級 機械 81001 班 指 導(dǎo) 教 師 完 成 日 期 2020 年 5 月 29 號 非對稱活塞式擺動液壓馬達的電液比例的控制系統(tǒng)設(shè)計 1 中文摘要 本文對電液比例閥位置控制系統(tǒng)的工作原理及各組成部分進行了詳細(xì)的分析，并對活塞式滾珠螺旋擺動液壓馬達進行了設(shè)計和計算及附了馬達的零件圖和組裝圖，以及建立了非對稱閥控非對稱缸位置控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型并計算出了此系統(tǒng)的開 環(huán)傳遞函數(shù)。而且，利用 Matlab 軟件，創(chuàng)立了系統(tǒng)仿真模型，生成了位移輸出的Bode 圖、階躍響應(yīng)曲線和正弦響應(yīng)曲線。另外用 Matlab 對系統(tǒng)特性進行仿真分析的基礎(chǔ)上，針對系統(tǒng)穩(wěn)定性的問題，提出了系統(tǒng)校正問題，并采用了比例 — 積分（ PI）控制，使非對稱活塞式擺動液壓馬達電液比例閥位置控制系統(tǒng)具有良好的動態(tài)特性和靜態(tài)特性，達到了預(yù)期的研究目的。 關(guān)鍵詞 ： 非對稱缸、非對稱閥、數(shù)學(xué)模型、傳遞函數(shù)、 Matlab 仿真、 PI校正 全套圖紙，加 153893706 非對稱活塞式擺動液壓馬達的電液比例的控制系統(tǒng)設(shè)計 2 Abstract The work principle and every ponent of electrohydraulic proportional valuecontrol system are analyzed in detail in the the ball screw swinging piston hydraulic motor has carried on the design and calculation,attached the detail part and assembly drawing (twodimensional diagram and threedimensional diagram )of the the same time the paper creates the mathematical model of asymmetric valve controlled asymmetric cylinder position control system and calculated the openloop transfer function of the the paper set up the simulation model of the system in the advantage of the Matlab software and generates the Bode diagram、 step response curve diagram and sine response curve of the displacement the basis of the simulation analysis with Matlab of the system characteristics,PI control strategy is brought forward as to the stability of the system,it brings the better dynamic and static characteristics to the Asymmetric piston swing hydraulic motor Electrohydraulic proportional valve position control system to attain the expected objective. Keywords： Asymmetric hydraulic cylinder、 Asymmetric servo valve、 mathematic(al) model、 transfer function、 Matlab simulation、 Proportional integral（ PI） correction 非對稱活塞式擺動液壓馬達的電液比例的控制系統(tǒng)設(shè)計 3 目錄 中文摘要 .....................................................1 Abstract.....................................................2 第 1 章緒論 ...................................................5 課題研究的目的及意義 .....................................6 論文主要工作 ............................................6 第 2 章 活塞式滾珠螺旋擺動液壓馬達的工作機理 ..................8 概述 ...................................................8 ........................8 ...................8 活塞式滾珠螺旋擺動液壓特點 ...........................9 活塞式擺動液壓馬達主要技術(shù)參數(shù)之間的關(guān)系 ................10 第 3 章 活塞式滾珠螺旋擺動液壓馬達設(shè)計計算 ...................13 非對稱活塞式擺動液壓馬達的電液比例的控制系統(tǒng)設(shè)計 4 概述 ..................................................13 活塞式滾珠螺旋擺動液壓馬達的主要參數(shù)計算 ...................13 ...............................13 .........................15 活塞式滾珠螺旋擺動液壓馬達的強度計算 .......................19 .....................................19 ...............................21 .........................23 活塞式滾珠螺旋擺動液壓馬達的主要零件結(jié)構(gòu) ...................25 第 4 章 非對稱活塞式擺動液壓馬達電液比例系統(tǒng)設(shè)計 .............41 非對稱缸用非對稱閥來控制 .................................41 非對稱閥的靜態(tài)特性分析及數(shù)學(xué)模型的建立 .....................41 ..........................................41 活塞式液壓擺動馬達正向運動 ..........................42 活塞式液壓擺動馬達反向運動 ..........................47 比例放大器傳遞函數(shù) ......................................51 高性能電液比例閥傳遞函數(shù) .................................51 位移傳感器傳遞函數(shù) ......................................52 系統(tǒng)傳遞函數(shù)方框圖 ......................................52 系統(tǒng)傳遞函數(shù)及函數(shù)各參數(shù)的確定 ............................52 系統(tǒng)特性（系統(tǒng)校正前 Bode 圖、階躍響應(yīng)） .......................56 非對稱活塞式擺動液壓馬達的電液比例的控制系統(tǒng)設(shè)計 5 對數(shù)頻率特性圖（伯德圖或 Bode 圖） ......................56 系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng) .................................58 第 5章 用 PI調(diào)節(jié)器對系統(tǒng)進行性能校正和仿真分析 ................59 控制系統(tǒng)校正的概述和 PI校正概述 ............................59 控制系統(tǒng)校正的概述 ................................59 校正的概述 ......................................59 PI 仿真數(shù)學(xué)模型的建立 ....................................60 確定開環(huán)增益 ......................................60 計算未校正系統(tǒng)的相位裕量和幅值裕量 ...................60 確定校正后系統(tǒng)的截止頻率 ............................61 確定校正裝置 的參數(shù) .................................61 .........................61 參考文獻 ....................................................66 致謝 ........................................................67 非對稱活塞式擺動液壓馬達的電液比例的控制系統(tǒng)設(shè)計 6 第 1 章 緒 論 課題研究的目的及意義 擺動液壓馬達是一種輸 出軸作擺動往復(fù)運動的液壓執(zhí)行元件。它的優(yōu)點是能使負(fù)載直接獲得往復(fù)擺動運動，無需任何變速機構(gòu)。因此，已被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，如艦雷達天線穩(wěn)定平臺的驅(qū)動、聲納基體的擺動、魚雷發(fā)射架的開啟、液壓機械手、裝載機上鏟斗的回轉(zhuǎn)、機床上回轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動等等，以及礦山和石油機械上都得到廣泛應(yīng)用。論文涉及的活塞式滾珠螺旋擺動液壓馬達，主要應(yīng)用于針對飛行器姿態(tài)仿真轉(zhuǎn)臺、航空飛行器的升降翼、前、后襟翼或尾翼，輪船或艦艇方向舵驅(qū)動。即要求馬達具有良好的超低速、高頻響、寬調(diào)速、高精度、大扭矩的性能。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，以及近幾年 來我國對航空、航天工業(yè)的大力投入并隨之而來的現(xiàn)代軍事技術(shù)的不斷發(fā)展，我國在航空、航天及相關(guān)科技領(lǐng)域都取得了巨大的進步，對探索工具及飛行器的精確度、可控性提出了愈加嚴(yán)格的要求。 電 液比例控制是介于電液開關(guān)控制系統(tǒng)和電液伺服控制系統(tǒng)之間的一種控制系統(tǒng)，兼有二者之所長。 電液比例壓力控制系統(tǒng)是按輸入電流信號的大小成比例地控制輸出壓力的系統(tǒng) 。其特點是 ①能夠按比例的控制壓力和流量從而對執(zhí)行元件能夠?qū)崿F(xiàn)力、速度和位移的連續(xù)控非對稱活塞式擺動液壓馬達的電液比例的控制系統(tǒng)設(shè)計 7 制，還能按輸入電信號的極性改變液流方向。 ②能夠避免力、速度和方向變換時的沖擊現(xiàn)象。 ③可 以降低能耗，有顯著的節(jié)能效果。 ④易于與微電子結(jié)合，特別是數(shù)字式比例元件與計算機 (PC)系統(tǒng)結(jié)合，可實現(xiàn)遙控、自控和自適應(yīng)控制。 論文主要工作 本論文主要研究新型活塞式滾珠螺旋擺動液壓馬達的工作機理，對其進行具體結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)計，并進一步研究電液比例控制驅(qū)動特性。主要內(nèi)容有： （ 1）對活塞式滾珠螺旋擺動液壓馬達進行了機理研究，推導(dǎo)了馬達運動和動力傳遞關(guān)系，并分析了活塞式滾珠螺旋擺動液壓馬達的傳遞效率。 （ 2）對活塞式滾珠螺旋擺動液壓馬達進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計和參數(shù)計算，對主要零件進行了結(jié)構(gòu)強度和剛度驗算。 （ 3）設(shè)計了以活塞式滾珠螺旋擺動液壓馬達的為執(zhí)行機構(gòu)的電液比例控制系統(tǒng)，計算并選擇了電液比例系統(tǒng)的主要元件。 （ 4）繪制馬達的裝配結(jié)構(gòu)圖和零件圖 非對稱活塞式擺動液壓馬達的電液比例的控制系統(tǒng)設(shè)計 8 第 2 章 活塞式滾珠螺旋擺動液壓馬達的工作機理 活塞式滾珠螺旋擺動液壓馬達為擺動馬達系統(tǒng)的關(guān)鍵基本部件，需要滿足驅(qū)動系統(tǒng)對現(xiàn)代高性能飛行器機載作動系統(tǒng)、船舶操縱、減振作動系統(tǒng)等的要求，因此，其結(jié)構(gòu)設(shè)計必須考慮主機系統(tǒng)提出的體積小、重量輕、承載能力大、工作可靠和維修方便等要求?；钊綕L珠螺旋擺動液壓馬達由液壓缸和滾珠逆 螺旋機構(gòu)組成