机电一体化系统设计第二章直驱容积系统

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1、直驱式容积电液位置伺服系统的设计1主要工作调研，分析当前电液伺服研究进展确定系统方案建立系统数学模型并进行计算机仿真机械系统设计控制方案与控制系统设计搭建实验台进行实验2电液伺服技术发展概况传统电液伺服技术起源于上世纪50年代，现已技术成熟，广泛使用。按调速方式，可分为：节流调速容积调速：因为效率较高而被广泛应用于大功率液压控制系统3456电液伺服技术发展概况电液伺服的发展方向高可靠性和稳定性高压大功率节能降耗轻、小、微型化7电液伺服技术发展概况直驱式容积电液控制系统随着交流伺服技术和计算机控制技术的发

2、展，20世纪80年代以来出现了这种调速方式日本、德国、美国和瑞典研究较早，已经工业化，我国目前主要进行理论研究和原型实验日本第一电气公司美国、德国、俄罗斯、瑞士德国的研究目前集中在电动静液作动器（EHA）、注塑机和液压电梯上国内有浙江大学、哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、广东工业大学等单位进行了研究8直驱式电液伺服系统简介直驱式电液伺服系统由交流伺服电机、双向定量泵取代了传统电液伺服系统中的电液伺服阀和变量泵9直驱式电液伺服系统特点高可靠性和稳定性高压大功率节能降耗轻、小、微型化响应较慢，固有频率低1

3、0两种电液伺服系统对比11初步设计确定伺服系统设计总体方案12初步设计功能和技术性能设计功能直驱式电液位置控制系统实验台可以扩展为力控制系统技术性能位移范围：0-60cm位移精度：0.5mm负载：100kg惯性负载固有频率：10Hz13初步设计确定信息模型及接口要求14初步设计确定系统组成原理图15初步设计找出关键技术及其解决方案确定系统配置确定实施进度提出经费预算编写初步设计报告16详细设计建立系统数学模型并进行计算机仿真交流同步调速系统交流感应电机交流永磁同步电机（PMSM）：矢量控制理论和脉宽调制

4、技术（PWM）17交流同步调速结构电源电机控制器驱动电路18交流伺服运动控制系统舒志兵等著清华大学出版社19交流同步调速系统数学模型电机最终完成的是电能向机械能的转换，因此它的数学模型也应该包括机械和电气两部分于PMSM系统的频带比整个直驱式电液位置伺服系统的信号频带宽的多，所以可以将其简化一个一阶惯性环节，甚至可以看作比例环节20泵控缸系统泵控缸系统结构非对称液压缸具有占用空间小、制造简单、成本低等优点采取在不同的运动方向上加不同增益的办法来减轻非对称性的影响21泵控缸系统数学模型的建立假设非对称缸的

5、低压腔压力为零；系统补油机构中的梭阀为理想梭阀。即只有开、关两个状态，并且对压降的变化能够做出瞬时的反应；忽略管道压力损失、流体质量效应和管道动态影响；液压泵和液压缸的泄漏流动状态为层流；忽略泵的流量脉动，即假设泵的排量恒定22泵控缸系统数学模型的建立连续性方程力平衡方程23泵控缸系统传递函数及其简化忽略粘性阻尼和负载的弹性，即BP=0，KT=024位移传感器采用的位移传感器为磁致伸缩传感器，其频响远高于系统的信号频率，且线性度较好Kc——直线位移传感器的位移增益，V/m。25直驱式电液伺服系统的数学模

6、型各环节串联，得伺服系统的方框图26直驱式电液伺服系统的数学模型若给定位移信号，把反馈看成单位负反馈，则27系统仿真参数交流伺服系统系统选用日本安川交流伺服电机，型号为SGMGH-44ACA；液压动力元件选用北京华德液压的双向柱塞泵，型号为A2F.23.W.1.P.128系统频率特性及分析计算空载、100kg惯性负载时系统正反向运动的传递函数，并进行频域仿真空载100Kg惯载29系统频率特性及分析负向空载100Kg惯载30系统对不同信号的响应采用Matlab/Simulink模块建立系统的仿真模型，给系

7、统加不同的信号，观察其响应。这里只对系统的正向进行仿真。31关于simulink图1库的类型图2Sources库32关于simulink图3Sinks库图4Discrete库图5Continuous库33关于simulink图6Math库图7Nonlinear库34系统对不同信号的响应0.2Hz0.5Hz空载100Kg35系统对不同信号的响应空载100Kg36系统对不同信号的响应空载100Kg37系统误差分析稳态误差控制信号引起的稳态误差和扰动信号引起的稳态误差之和对于线性定常系统，误差响应也有叠加性系

8、统对输入信号的误差传递函数为38系统误差分析稳态误差假设给定输入信号为则系统对输入信号的稳态误差39系统误差分析稳态误差扰动信号引起的误差假设外负载力为阶跃信号，则40系统误差分析静态误差控制系统本身的某些因素引起的误差，如死区、零漂等比如，对于本系统，当液压缸启动时，要克服负载和液压缸的摩擦力，在液压缸两腔造成一定的负载压降，该压降对应伺服电机一定的输入电流，从而造成系统的静态误差测量元件的误差包括位移传感器的固有误差、调整和校准误差以及