液压伺服与比例控制系统三级项目

液压伺服与比例控制系统三级项目D665 型先导式大流量电液伺服比例阀动态响应仿真分析学院：机械工程学院专业：机电控制工程一班小组成员：候加明吴金亮闫旭指导教师：权凌霄时间：2017.06.18摘要随着液压工业的发展一般工程系统对闭环控制要求逐渐提 高，而比例阀不能很好应用常运行于零位附近的位置、力控 制闭环，即使在放大器中设置了阶跃信号发生器，但在性能 上还是不及无零位死区的伺服阀。同时，原来伺服阀加工精 度要求高的缺陷与要求系统油液过滤精度高的矛盾逐渐淡化； 对电控器来讲，处理大电流的技术水平大为提高，为使用大 电流、高可靠性的比例电磁铁提供了前提条件。在这样的技 术背景下，在一般比例技术与伺服技术之间，出现了新的层 面上吸收两者优势而形成的更高一级的比例阀，也常被称为 电液伺服比例阀”。伺服比例阀是采用比例电磁铁作为电一机械转换元件，而功 率级滑阀又采用伺服阀的加工工艺，它是比例技术和伺服技 术相结合的结果。伺服比例阀阀芯采用伺服阀的结构和加工 工艺（零遮盖阀口，阀芯与阀套之间的配合精度与伺服阀相当） 解决了闭环控制要求死区小的问题。它的性能介于伺服阀与 普通比例阀之间，但对油液的清洁度要求低于伺服阀，特别 适用于各种工业场合的闭环控制。电液伺服比例技术是将微弱的电子信号转换成大的液压功率 输出，用它组成的电液伺服比例系统具有精度高、响应快、 工作可靠、重量轻、高功率密度、安装方便（柔性）等特点，因 而得到世界各国的重视。在本次三级项目中，我们以 D665 型大流量电液伺服比例阀为 研究对象，通过对比例伺服阀的功率级主阀进行受力分析， 选型高响应的先导级控制阀，结合理论分析和MATLAB分析、 AMESM 仿真和动态特性仿真分析的方法，对高频响大流量比 例伺服阀的进行了研究，为我们今后学习更多的液压知识打 下基础。关键词：比例伺服阀 动态响应 AMESim 仿真目录一、绪论11.1 引言 11.2 比例伺服阀国内外研究现状 31.3 伺服比例阀前景展望 3二、D660系列电液伺服比例阀42.1 概念及组成 42.2 D660系列伺服比例控制阀简介.42.3 D660系列伺服比例控制阀优点和功能52.3.1 伺服射流先导阀的优点 52.3.2 阀的优点52.3.3 伺服射流先导阀的工作原理 52.3.4 多级阀工作原理 5三、D665 型先导式大流量电液伺服比例阀功率及滑阀受力分析计算63.1 稳态液动力 63.2 瞬态液动力 73.3 滑阀的驱动力 8四、建立D665型先导式大流量电液伺服比例阀的数学模型94.1 电液伺服阀的方块图 9五、采用 AMESim 软件建立D665 型先导式大流量电液伺服比例阀仿真模型12六、结论17七、心得体会17一、绪论1.1 引言电液比例阀是针对伺服控制存在的诸如功率损失、对液压油 过滤要求高、制造和维护费用高、而它提供的快速响应性在 一般工业设备中又往往用不着的情况，是在传统开关阀的基 础上发展起来的。电液比例阀可以根据输入电气信号，按比 例对工作油液的压力、流量和方向进行控制。比例阀发展的初期阶段，仅是将比例电磁铁代替普通液压阀 的开关型电磁铁或调节手柄，工作频宽小，稳态滞环大，只 能用于开环系统。20世纪70年代中期至80年代初，比例阀 开始采用各种内反馈原理，耐高压、比例电磁铁和比例放大 器技术日趋成熟。阀的工作频宽达到510Hz，稳态滞环降 低到 3左右。 20 世纪 80 年代后，比例阀在设计上采用了 压力、流量、位移内反馈及电校正等手段，使阀的稳态精度、 动态响应和稳定性都有了进一步提高。除了中位仍有部分死 区外，其控制性能与伺服阀更为接近 n。电液比例阀由于电一机械转换器固有特性的限制，导致其无 论在响应时间还是在响应速度上都不是很快 ，响应速度稍快 的流量却比较小。目前国内外设计出的电液比例阀，频宽多 数在100Hz左右p。提咼比例阀的性能指标如频响和线性度 等，有利于提高比例控制系统的整体特性蚓。伺服比例阀是一种在结构、性能、可靠性、价格上界于伺服 阀与常规比例阀之问的比较新型的电液控制阀 ，伺服比例阀 是比例阀中动态响应性能最接近伺服阀的，虽然频率和敏感 度比不上伺服阀，但是它无零位死去，咼精度、咼频响、滞 环小，对油液的清洁度要求比伺服阀低，具有更咼的工作可 靠性和实际应用性。表 1 从不同角度列出了常规比例阀和伺服比例阀的性能对比。 可见，与常规比例阀相比，伺服比例阀频响和加工精度高、 零位无死区、滞环小和重复精度高。表常舰尿例间、蒲莊比匡阀性能对鞘表频响血)-3030-J5QtfJFCW).1O.L频宽1Hz)25100中位Jt区击加工祁度10 m蚁M mSS表2 对不同厂家的伺服比例元件的性能做了对比。可见，伺 服比例阀的性能已远远优于常规比例阀，在工业应用场合有 自己的优势。3S2虫妄性能对照表生产商创号响应时何(ms)便(%)理宽(112)Rfiin&Ut4WHL50.1 乎测不曲40=0.1SOPjlt亦閃】PH25n.r)s100AtosnLKjdOR0-1so华熄ilWRf;_.一一.部分参数设置SubmodelParameters：:：hamb sr 1 eng th s t.TitleValueJ nitI as 3mdei of hyi?auli：:： flm dpiston dr amstbtrod diaiTLBterubuocel*as i uli on_t!iids Lops IAS011RTr .ExtcrnaL variatlcsrrictKr andelastic end stci3E(real tims,r cil Uit lelSri-leValue Unit Tafp- eIolIiv vith zirst ordsr laJ jr/bjse C?ulvino c.nd tisTicn zric.tiRye5Irii spl ACpmRn+ I ; n i t一L DOfi mL.i5 J_d.i-eliel.l _ijlii L0. 000 JIl时域分析则由此可以得出：频宽为；=6.42Hz 幅值穿越频率为5.21Hz相角裕度为32.7度相角穿越频率为15.62Hz六、结论D665型电液比例伺服阀属于力反馈伺服阀，D665型电液0二耳比例伺服阀最终可以简化为。伺服阀的频宽主要是由开环增益决定的，增大开环增益 可以提高伺服阀的频宽，但是系统的稳定性会降低，所以要 加入相应的校正环节。七、心得体会通过本次项目的实际操作，对课本的知识有了更深一步 的理解，初步了解了如何将本科的实际理论知识运用到实际 中去。我们也对滑阀、喷嘴挡板阀和一些先导阀的内部结构， 工作原理有了进一步的理解，学会了如何对滑阀进行受力分 析，对在计算过程中需要注意的地方也明确了许多，例如： 明确了如何确定阻尼长度。在项目的过程中，也知道了如何 利用已有产品的样本解决问题，会初步使用样本，对以后的 工作打下了一定基础。还有，在建立系统的数学模型的时候， 对方块图和传递函数的建立有了一定掌握，也掌握了一定的 简化传递函数的算法。在数学模型建立后，通过课本上的知 识，可以对自己做的系统进行稳定性分析，当然还不是很熟 练，也有些问题不明白。同时，在用AMEsim进行仿真时，学 会了如何搭建系统，在老师的指导下学会了怎么进行系统的 参数设置，但是，还不能熟练运用，所以对一些参数进行设 置时仍不知所措，以至于未能得出能够满足系统的所有稳定 图线，所以仍需要继续学习，进一步加强自身。【参考文献】【1】王春行.液压控制系统.机械工业出版社.2010 【2】孔祥东.王益群.控制工程基础.机械工业出版社.2008【3】付永领.祁晓野.AMESim系统建模与仿真.北京航空 航天大学出版社.2006【4】刘小初.叶正茂.韩俊伟.肖林.基于AMESim软件的三 级电业伺服阀建模与仿真.机床与液压.2008