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弹簧疲劳试验台液压控制系统设计 1 拟定控制方案 试验台采用双杆液压缸对试件进行加载，采用位移传感器进行检测反馈，从而构成一个伺服阀控制液压缸的闭环电液位置控制系统，其原理图如图1所示，其方块图如图1-2 所示。 图1 系统原理图 表1 弹簧疲劳实验机电液力伺服控制系统设计要求和给定参数 项 目 符号 参 数 单位 弹簧刚度 KN/m 液压缸最大行程 S 0.003 m 压下最大负载力 Fmax 98100 N 系统性能参数 控制精度 ef ≤±5 频率 30 Hz 静态计算 运动方程为： 液压缸最大速度为 液压缸最大负载为 液压缸最大功率为 取系统供油压力 系统应在供油压力的95%状态下工作，故取负载压力 则液压缸有效面积为 因液压缸有效工作面积，取活塞杆直径与缸筒内径的比为代入上式得 圆整，取，校核有效面积得 根据液压设计手册，选取天津四方欧业液压机械有限公司产品的SFD25型高压重型等速液压缸 液压设计手册 最大工作压力为25Mpa，液压缸内径80mm，活塞杆直径45mm，行程系列选择50mm，有效面积。 最大空载速度为0.5652m/s，考虑泄漏等，将伺服阀流量增大30%，则伺服阀最大空载流量为 选取最大空载流量为的伺服阀。 在液压缸小位移时，用极小的压力差即可推动负载，为充分利用伺服阀的流量，现选定压力降7Mpa,输出流量为125L/min的伺服阀，选取伺服阀型号：QDY10。 3.动态计算 3.1 液压缸传递函数的确定 液压缸的传递函数为： 其中， 其中 ，查液压手册，取液压缸的行程 50mm，取，忽略液压缸泄露，，， 代入数据得：，， 3.2 伺服阀传递函数的确定 电液伺服阀的传递函数表示：： 查表得到QYD10的一些参数，其中，设时间常数。 3.3 伺服放大器增益 按稳态控制精度确定开环增益。设静态控制精度为，开环增益为 电放大器增益为 反馈传感器增益 位置传感器传递函数可以用增益表示。选取位移传感器增益。 3.5 系统方块图 将上述确定的传递函数代入方块图得系统方块图，如图3-1所示。 系统开环传递函数 由以上系统方框图可得到系统的开环传递函数： 在MATLAB中由系统开环传递函数绘制系统开环伯德图，其命令如下： num=[14.5]; den=[2.162629757785467e-06 3.162629757785467e-04 0.020000000000000 1 0]; H=tf(num,den); bode(H) grid on 图3-2 系统伯德图 从系统的开环伯德图可看出系统的幅值裕量Gm=56.2db，相位裕量为Pm=72.7deg，满足稳定性的要求。 4 系统仿真 由系统各环节的传递函数，在Matlab的simulink中建立系统simulink仿真模型，如图4-1所示。 图4-1 系统simulink仿真模型 设置好各模块参数后运行MATLAB进行仿真，得系统的仿真曲线，如图4-2所示，其中黄颜色的线表示输入，红颜色的线表示输出。 图4-2 系统simulink仿真结果 从仿真图中可以看出，系统的输出发散达不到振动台对振幅、频率的要求。 调整传递函数，将惯性环节换成振荡环节。 图4-3 调整后系统simulink仿真模型 设置好各模块参数后运行MATLAB进行仿真，得系统的仿真曲线，如图4-2所示，其中黄颜色的线表示输入，红颜色的线表示输出。 图4-4 调整系统simulink仿真结果 从仿真图中可以看出，系统的输出依然发散达不到振动台对振幅、频率的要求。 5. 参考文献 骆涵秀.电液振动台的发展趋势.试验机与材料实验，1995，(6):l～6 王春行.液压控制系统.北京:机械工业出版社，1995. 李洪人，液压控制系统.北京:国防工业出版社，1981. 骆涵秀.试验机的电液伺服系统.北京:机械工业出版社，1991. 章宏甲，黄谊.液压传动.北京:机械工业出版社，1998 赵应褪.液压控制阀及其修理.上海:上海交通大学出版社，19 丁崇生.模型跟随自适应控制新方法及其工程应用.西安交通大学学报，1990，24(4):51一58 沈清，胡德文，时春.神经网络应用技术.长沙:国防科技大学出版社，1993 冯纯伯.非线性控制系统分析与设计.北京:电子工业出版社，199 王春行.液压伺服控制系统.第一版.机械工业出版社，1987 赵应