【導讀】錯誤!未找到引用源。錯誤!未找到引用源。

　　

【正文】 不計粘性摩擦力和彈性力，液壓缸驅動負載的力平衡方程為 LmtpL FamAp ?? （ ） 式中 , Lp 、 ma 和 LF 分別是液壓缸的負載壓力、活塞運動的最大加速度和滾動摩擦力負載。假設系統的調節(jié)運動是正弦運動，即 錯誤 !未找到引用源。 ???? ??mm va 。取滾動摩擦系數 ? =，則 錯誤 !未找到引用源。 gmF tL ?? ，所以 錯誤 !未找到引用源。 ?????????sp tmtL PMP aA gmamp )(35000?2.61Mpa （ ） 這表明油源提供的壓力能夠滿足液壓缸驅動負載的要求 。 跟蹤速度 負載壓力 錯誤 !未找到引用源。 MPapL ? 時，負載流量 錯誤 !未找到引用源。 smp ppqq s LsRL / 33???????? （ ） 第 26 頁 跟蹤速度為 smsmAqvpLp /??? ??????? （ ） 可見，伺服閥提供的流量可以滿足跟蹤速度的要求。 穩(wěn)定性 采用工程軟件 Matlab，對動態(tài)系統進行建模、仿和分析，通過對仿真結果的分析，對系統進行快速校正，找出校正傳遞函數，以實現高效的系統開發(fā)。 具體仿真步驟如下： 打開 Matlab，在 workspace 中輸入系統的傳遞函數，然后再進入 SISO Design Tool，即可對系統進行仿真，得到仿真曲線 一個閉環(huán)控制系統的基本設計完成以后，一定要對該系統進 行穩(wěn)定性校核，因 為穩(wěn)定性是控制系統必須滿足的條件。下面的分析是在時域和頻域中進行的。計算中將開環(huán)傳遞函數寫成有理分式形式，并取開環(huán)增益 錯誤 !未找到引用源。?iK 其中，光電控制器增益 iK 待定。 由第三章流程圖 ； 系統的開環(huán)博德圖和單位階躍、單位斜坡響應如圖 和圖 所示。相應的 MATLAB語言程序如下： 求單位階躍、單位斜坡響應程序： num=[10]。 den=[,1, 10]。 u=0::。t=0::。 [y,x]=lsim(num,den,u,t)。[y1,x1]=step(num,den,t)。 plot(t,y,t,y1) 求開環(huán)博德圖程序： w=logspace(1,3)。 num=[10]。 den=[, 1,10]。 第 27 頁 [m,p]=bode(num,den,w)。subplot(211),semilogx(w,20* log10(m)) subplot(212),semilogx(w,p) 系統頻率特性及波德圖波德圖可以用于分析系統的相角穩(wěn)定裕度、幅值穩(wěn)定裕度、剪切頻率等。由系統開環(huán)傳遞函數可作出系統開 環(huán)波德圖 (圖 ) 圖 帶鋼卷取機跑偏電液伺服控制系統開環(huán)伯德圖 相位裕度： )(180 0 cc ??? ?? 錯誤 !未找到引用源。 1)( ?cA? 幅值裕度： 錯誤 !未找到引用源。 )(lg20 gi AK ??? 錯誤 !未找到引用源。 ??? ??)( g AL lg20? 由圖 可知相關數據 相位裕度： ?c? 幅值裕度： 錯誤 !未找到引用源。 dBKi 6? 從時間響應和開環(huán)頻率響應都可以看出該系統是穩(wěn)定的，并且有 6 分貝的幅值裕量和 的相位裕量，滿足一般控制系統對穩(wěn)定性的要求。因此，只要取光電控制器增益iK = （保證 K = 10）即可。該值在 iK 的取值范圍 （ 0～ 150A/m） 內，故可以 第 28 頁 滿足要求。 系統單位階躍，單位速度響應的 simulink 模型如下圖。 響應速度 系統單位階躍 .斜坡響應的響應特性 控 制系統的響應速度 可以用階躍響應的調節(jié)時間 st 或系統的頻寬 b? 表示。該系統的?st s， b? 略大于 10 rad/s（略大于開環(huán)幅頻特性的穿越頻率 錯誤 !未找到引用源。sradb /?? ）。因此只能滿足系統頻寬 bf 的要求，與設計要求 （ 2～ 3 ） Hz 相比偏低。 第 29 頁 穩(wěn)態(tài)精度 從圖 可以看出，該系統是 Ⅰ 型系統，理論上可以無靜差地跟蹤階躍信號和以恒定靜差跟蹤斜坡信號，這一點可以從圖 中看出。然而，由于本系統的某些環(huán)節(jié)存在著死區(qū)和零漂，在建立數學模型中沒有 考慮這些因素。因此，即便是跟蹤階躍信號也可能存在靜差，應該對此做一個初步的估算。 本系統存在死區(qū)的環(huán)節(jié)是電液伺服閥和執(zhí)行機構，存在零漂 的環(huán)節(jié)主要有光電檢測器、電流放大器和電液伺服閥。通常是將這些環(huán)節(jié)的死區(qū)和零漂都折算到電液伺服閥的零漂上，以此來計算穩(wěn)態(tài)誤差。 (1)伺服閥的死區(qū) 伺服閥的死區(qū)電流 錯誤 !未找到引用源。 ??1Di 6 mA。造成死區(qū)的原因是閥口有一定的遮蓋量和加工精度有限，致使閥心與閥套間有一定的摩擦力的緣故。 (2)執(zhí)行機構的死區(qū) 現場調試表明，為克服液壓缸及導軌摩擦力所需的負載壓力△ Papf 5104?? ， 由此可知執(zhí)行器的死區(qū)電流為 錯誤 !未找到引用源。 mAAKpi pfD 2102 104 852 ?????? （ ） 其中，伺服閥的零位壓力增益 錯誤 !未找到引用源。 APaK p /102 8?? 。 （ 3)伺服閥的零漂 按伺服閥的一般標準其零漂應小于 3%，即閥的零漂電流為 錯誤 !未找到引用源。 mAii Rd 9%31 ????? 。 （ ） （ 4)光電控制器的零漂 光電控制器的零漂主要是電流放大器的零漂，設其為1%，則折算到伺服閥的零漂電流為 mAii Rd 3%12 ????? 。 于是，各環(huán)節(jié)的零漂和死區(qū)折算到伺服閥上的電流值為上述電流之和，即 錯誤 !未找到引用源。 mAif 20?? 。 圖 跑偏系統靜態(tài)框圖 fi? 實際上是系統的干擾，如圖 所示。由圖可以計算出 fi? 錯誤 !未找到引用源。 第 30 頁 產生的穩(wěn)態(tài)位置誤差 mK iiAKK AKeiffpsvipsvf 43 1020/1 / ?? ????????? （ ） 這個誤 差是可以接受的。 在跑偏控制中，系統的穩(wěn)態(tài)速度誤差為 mKve pv 32 ?? ????? () 注意系統實際輸入的斜坡信號不是單位斜坡信號 。至此，系統總的穩(wěn)態(tài)誤差為 錯誤 !未找到引用源。 mmeee vfv 33 )( ?? ??????? （ ） 可見，系統的穩(wěn)態(tài)誤差主要是速度誤差。當 K = 10 時，由于增益較小，不能滿足控制精度的要求 ?，F場生產中帶鋼邊緣的卷取位置偏差超過規(guī)定的 e =177。(1 ～ 2) mm，這一點證實了上述分析。 第 31 頁 系統的改進措施 由上面的分析可知，該系統的響應速度和穩(wěn)態(tài)精度還不能滿足生產要求，其根本原因是液壓缸 負載環(huán)節(jié)的固有頻率偏低，致使開環(huán)增益不能提高（受穩(wěn)定性限制）。為了改善系統性能，可采取如下措施 : （ 1）提高液壓缸 負載環(huán)節(jié)的固有頻率 n? n? 值提高以后，在同樣的阻尼比下可使 開環(huán)增益得到提高，從而提高系統的響應速度和穩(wěn)態(tài)精度。由式（ ）知，為使帶鋼邊緣的卷取位置偏差不超過規(guī)定的 e=177。(1～2) mm，應使 K =20～ 25 。 從圖 可以看出，如能使 n? =90 rad/s ， sv? = 152 rad/s，則在保證同樣穩(wěn)定儲備的情況下可將 K 提高到 20，此時頻寬 bf 可達到 20Hz。這樣系統的響應速度和穩(wěn)態(tài)精度就能滿足要求了。 提高 n? 的方法是增大活塞面積 pA 、減小負載質量 tm 和控制容積 tV 。增大 pA 要兼顧伺服閥和油源的流量輸出能力，不要因此影響系統對輸出速度的要求；減小 tV 的途徑是盡量減少液壓缸的行程和縮短與之相連的管道。原系統選液壓缸的行程 H = 177。75 mm，實際的調節(jié)行程只有 177。(1～ 2) mm，取 H = 177。20 mm 已經足夠。為此，只需將原液壓缸的兩腔分別加 55 mm 的墊塊就可以了。這樣可使 n? 錯誤 !未找到引用源。 增至 90 rad/s 以上。 sv? 的提高可以通過選用高頻伺服閥解決。 （ 2）增大液壓缸 負載環(huán)節(jié)的阻尼比 h? 在其他參數不變的情況下，增大 h? 錯誤 !未找到引用源。 以減少超調量 ，同樣 可使開環(huán)增益有增大的空間。增大 h? 錯誤 !未找到引用源。 可行的方法是增大伺服閥的流量 壓力系數 cK 或用一個層流液阻將液壓缸的兩腔連通，帶來的缺點是增大了系統的功率損失和降低了系統的剛度。 （ 3）電氣補償方法 在系統中串聯一個滯后環(huán)節(jié)（ PI環(huán)節(jié)）可以提高穩(wěn)態(tài)精度，但對響應速度改善不大。若要同時提高系統的穩(wěn)態(tài)精度和響應速度，可以嘗試加入串聯滯 后 超前校正（ PID 校正）或采用其它校正方法。 第 32 頁 本文以卷取機跑偏控制性能指標為設計依據，研究了目前實際生產中通常采用的跑偏控制方案。本論文是針對系統數學模型，基于 MATLAB 控制系統開發(fā)工具的卷取機跑偏控制系統設計與分析。實際生產系統是多因素的復雜系統，為建立理論模型，將設計過程簡化處理，即忽略了實際中的一些影響因素。因此，本文提出的卷取機跑偏控制方法，僅是一種較為基礎的控制方案，需要在實際測試應用中不斷的改進與完善。通過對其控制系統的分析研究得出以下結論： (1)液壓元件的功率 — 重量 比和力矩 — 慣性比 (或力 — 質量比 )大，可以組成結構緊湊、體積小、重量輕、加速性好的伺服系統。 (2)液壓動力元件快速性好，系統響應快。 根據帶鋼卷取機卷取過程中容易出現的跑偏現象以及現場的實際控制要求，本文在對液壓元件進行選型后設計了一套帶鋼卷取跑偏控制系統。具體設計了相應的液壓系統和電氣系統，并結合系統數學模型，設計了相應的控制算法。該算法具有一定的工程參考價值。 第 33 頁 參考文獻 [1]《控制工程基礎》教材、《液壓與氣壓傳動》教材、《電工電子學》教材； [2]《機械零件手冊》 [3]數據庫； [4]薛 定字，陳陽泉 .基于 MATLAB／ Simulink的系統仿真技術與應用 [M]．北京：清華大學出版社 .20xx； [5]袁秀平，李鶴一 .基于 MATLAB的帶鋼卷取電液伺服控制系統仿真 [期刊論文 ]礦山機械 20xx(11)； [6]胡盤峰，陳慧敏 .帶鋼跑偏電液伺服控制系統研究與 SIMLINK 仿真 [期刊論文 ]機床與液壓 20xx(10)； [7]顧瑞龍．控制理論及電液控制系統 [M]. 北京：機械工業(yè)出版社 .1984； [8]丁鋒 . 基于 MATLAB/SIMULINK 的自動控制系統仿真實驗 [J]. 20xx.(6):5759； [9]寧斌 .帶鋼卷取對邊電液伺服系統 [D]. 山西 :太原理工大學 .20xx； [10]郭治富 .帶鋼卷取機對邊糾偏控制系統研究 [D]. 東北大學 .20xx； [11]閏小偉 .卷取機糾偏控制系統設計與仿真研究 [D]. 山西 :太原理工大學 .20xx； [12]吳振順，韓俊偉 .機電液控制系統數字仿真與 CAD=[M]. 哈爾濱 :哈爾濱工業(yè)大學出版社 .； [13]宋志安基于 MATLAB的液壓伺服控制系統分析與設計 [M]. 北京 :國防工業(yè)出版社 .； [14]田源道電 液伺服閥技術 [M]. 北京 :航空工業(yè)出版社 .； [15]王正林，王勝開 . 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