液压元件与系统设计3课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,液压元件与系统设计, 液压系统设计,第五讲,电液速度控制系统实例,速度控制系统给定设计参数为：,负载转动惯量,J,m,2,最大负载转矩,T,49Nm,转速范围,n=34195 r/min,供油压力,ps,速度传感器增益,Kfv,0.19Vs/rad,性能指标为：,跟踪精度 ,l r/min,完成准确跟踪的时间,(1),决定系统控制方案,采用伺服阀控制液压马达的阀控系统。,(2),确定马达排量,取,那么马达排量为,或,选取,BMl10,摆线液压马达，其排量为,D,m,=10210,-6,m,3,/r,或,D,m,=16310,-7,m,3,/rad,(3),选择伺服阀规格,伺服阀流量为：,此时阀的压降为：,查伺服阀样本，选用,QDYC63,型，额定电流为,30mA,，供油压力为时的额定空载流量为,1.0510,-3,m,3,s,。,(4),确定传递函数,(A),电液伺服阀的传递函数,伺服阀的增益,由样本得：,于是电液伺服阀的传递函数为,(B),液压马达的传递函数,马达油腔容腔与伺服阀到马达间容积之和为,又取,那么：,取：,于是液压马达的传递函数为,速度传感器的传递函数,积分放大器的传递函数,(5),绘制系统开环频率特性,由图可见，为了满足系统稳定性的条件，取开环频率特性的相位滞后,180,点上的幅值裕量为,6,分贝，此时的角稳定裕量为,87,，由于幅值稳定裕量不能减小，所以穿越频率不能再增加。,(6),确定系统开环增益及积分放大器增益,开环增益：,由系统波德图知，在区间,c,内，,L(,),是一条斜率为,-20dB/dec,的直线，所以：,求得积分放大器的增益为,(7),速度控制系统的开环传递函数,系统的开环传递函数为,(8),计算系统的稳态误差,因为系统是,I,型系统，对速度指令信号误差为零，满足了跟踪精度为,l r/min,的要求。,(9),系统的仿真实验,由试验结果可见，现有系统是稳定的，没有超调，但上升过程有几次小的振荡。过渡过程在秒以内结束，完全满足在秒内完成准确跟踪的任务。,力控制系统设计实例,现要求设计一个如图的力控制系统。其设计参数及性能指标为：,液压缸最大速度：,1cm/s,(1)液压缸确实定,根据力控制系统的控制特性，系统要在供油压力的95状态下工作取负载压力pL，那么液压缸有效工作面积AFmpL2，,令dD，那么D，取D10cm，d，校核得A2。,最大流量,(2),选择电液伺服阀,选定压力降为,7MPa,，输出流量为,3.8 1/min,的伺服阀。设阀的流量增益,K,q,，压力一流量增益,K,c,分别为,压力增益,阀的额定电流,I,R,150mA,，输出位移,x,v,，增益为,(3)力反响传感器,输入力为Ff113000N，输出电压为Vf，其增益为,(4),静态特性,为得到,5,静态控制精度，开环增益,取,K,0,25,，电放大器增益,(5),动态特性,为了确定,l,、,2,，要计算油的压缩性，设油路的阻尼系数,其中V是液压缸的总油腔容积，为确保行程充裕，选择工作行程大于10cm行程的液压缸，取行程为x15cm的液压缸，计算液压缸容腔VAx =8.2210-4m3，假设414108Pa，那么此时油路阻尼系数C0.14610-12m3(Nm2)。根据油的压缩性，计算弹性系数,把这个值与k比较，可知控制系统在,的情况下工作，负载弹簧,k,180000N,cm,时,负载弹簧,k,9000N,cm,时,取开环增益为,25,，根据开环放大特性求出穿越频率：,负载弹簧,k,180000N,cm,时,负载弹簧,k,9000N,cm,时,对应于,3,的阻尼比,3,的共振峰值超过了零分贝轴，这是造成系统不稳定的原因。,频率,2,、,3,与负载质量有关，由负载弹簧刚度的最大值决定。,k,180000N,cm,时，弹簧的计算频率为,，,使得系统的超调量减少。,为此在2前的一个频率处参加一个校正环节,MATLAB介绍,1 MATLAB根本使用,界面简介；,简单的数学运算；,MATLAB变量；,脚本和帮助；,脚本文件、在线帮助。,2 MATLAB的根本矩阵运算,简单矩阵输入,键盘输入、语句生成,矩阵运算,矩阵的转置复数conj、矩阵的四那么运算、矩阵的乘方、矩阵的超越函数、,关系和逻辑运算,矩阵操作,矩阵下标、矩阵大小、矩阵操作函数、逻辑矩阵、矩阵查找和排序,结束,The End,MATLAB可以象计算器一样进行一些简单的数学运算。,MATLAB通常不考虑空格，并且计算结果赋给了变量ans(answer的缩写)。,MATLAB中的变量是区分大小写的 。Aa；aa。,变量可以参与运算之中 。Bb=aa*10。,MATLAB命令窗中存储着输入的命令和创立的所有变量值，可以在任何需要的时刻被调用。,多条命令可以放在一行中，之间可用逗号或者分号隔开。逗号告诉MATLAB显示结果，分号表示禁止。如果在一行中无法写下一个完整的命令，可以在行尾参加三个连续的点，表示命令余下的局部在下一行出现。百分号之后的所有文字为注释，注释为单行型。,MATLAB遵守一般的计算优先规那么：表达式从左向右执行，指数运算具有最高优先级，乘除法次之，加法和减法优先级最低。括号可以改变通用的优先级，由最内层括号向外执行。,MATLAB可以使用光标键来调用前面的命令。在提示符后按一次键调出上一次命令；在提示符后键入命令的一局部，按键，可以遍历代有相应字头的最近的命令。MATLAB的命令行具有一般的编辑功能。,返回,变量区分字母的大小写；名字不能超过19个字符，第19个字符后的字符被忽略；变量必须以字母开头，之后可以是任意字母、数字或者下滑线；变量中不能含有标点符号。,如果忘记了变量名，可以使用who命令查询。,变量可以保存为数据文件，也可以从数据文件中读入。Save，load。,将变量aa和bb保存在二进制数据文件中。如果希望保存为一般的文本文件，可以在save命令之后使用-ascii选项。,将数据文件中的输入读入命令窗口，如果不存在那么读datas文件，如果还是不存在，那么报出错。如果是.mat 文件，文件中包含变量名和值，并且可以是多个变量，如果是非.mat文件，即为文本文件，读入的变量名为文件的名字。load datas,使用clear命令，可以去除工作空间的变量。Clear aa bb。如果clear后为空，那么将去除工作空间的所有变量，并且系统不会要求你确认这个命名，也不可能恢复，使用这个命令一定要注意。在clear变量后，使用pack命令可以优化内存空间。,MATLAB中的一个强大功能为对复数不需要特殊的处理。tt=10-9i。复数运算不需要特殊处理，可以直接进行。,MATLAB计算中所有的量为双字长浮点数，显示中为了方便，并不按照双字长浮点数进行显示。MATLAB显示数据时，遵循一定的规那么。在缺省情况下，当结果为整数，MATLAB将它作为整数显示；当结果为实数，MATLAB以小数后4位的精度近似显示。如果结果中的有效数字超出了这一范围，MATLAB以科学计数法显示结果。可以使用format命令来改变显示格式，常用的的格式有：long (16位)、bank(2个十进制位)、short(缺省)、short e(5位加指数)、 long e(16位加指数)。,返回,对于简单问题，使用直接输入命令简单有效；对稍复杂和屡次重复的应用，直接输入命令比较麻烦。MATLAB提供了逻辑解决方案，它允许用户把多个命令放在一个简单的文本文件中，如同在MATLAB中键入命令一般，这种文件称为脚本文件，由于脚本文件以m为扩展名，它常称为M文件。脚本文件为文本形式的，对跨平台处理十分有利。之后提供了内置的文件编辑器，用户也可以使用自己喜欢的文件编辑器生成脚本文件。,将文件以m扩展名保存为后，在MATLAB中简单的键入exp1就可以执行中的命令。,使用脚本文件，可以把命令保存在磁盘上，便于以后的访问；同时对使用大的数组也带来的方便；增加注释可以为脚本中的命令作文挡以免以后忘记。,返回,MATLAB的命令很多，很难全部记住。为了便于查找命令和用法，MATLAB提供了三种在线帮助形式：help、lookfor以及超文本帮助。,如果已经知道命令或者标题名字，希望查找它的使用方法，help命令是最简单的方式。help abs,虽然帮助文本中的命令为大写，这只是为了阅读方便，运算中不能使用大写。MATLAB中的命令都为小写，并且命令区分大小写。,不带标题的help命令将列出所有的MATLAB可以获得帮助的目录。通过一级一级的标题查找可能找到自己要找的命令，但这样的查找比较麻烦。当还不能确定主题的拼写或者是否存在，可以使用另外两种方式获得帮助。,lookfor命令通过搜索所有的MATLAB help，返回包含指定关键词的那些项。例如，希望得到各种有关的FFT运算方法，lookfor FFT。可以进一步使用help命令观察所找到的命令。,使用lookfor命令最重要的是关键词不必为MATLAB命令，它提供了一中通过一般关键词找到命令和帮助标题的方式。,在以前，提供了winhelp类型的帮助文件，可以顺序查找所需的主题。版之后，提供的帮助为Html文件形式。这种形式搜索命令简单，使用比较方便。,返回,对于比较小的简单矩阵，可以使用键盘直接输入 。,矩阵生成不但可以使用纯数字，也可以使用变量。矩阵的元素直接排列在方括号内，每行内的元素使用空格或者逗号分开，行与行之间使用分号隔开。大的矩阵可以分行输入，用回车键代替分号，这和我们平时使用的矩阵形式很相近。,大局部的试验数据是用上面的形式给出的，在处理试验数据中，可以简单的将数据前后参加左右括号，就可以得到矩阵的表示。这种处理可以在脚本文件中进行 。,返回,如果是线性等间距格式生成矩阵，可以使用,from:step:to,方式。,from,、,step,、,to,分别表示开始值、步长和结束值。,aa,=1:2:10,。,用,linspace,命令，,aa,=linspace(1,10,5),。,linespace,的三个参数表示开始值、结束值和数据个数。数据个数可以省略，确省值为,100,。,在画,Bode,图等应用中，需要使用对数等间隔的数据，可以使用,logspace,命令生成。,Logspace,和,linspace,的参数相同，只是结果不同。,返回,矩阵的加减法使用“+、“-运算符。两个矩阵只有同阶方可进行加键运算。如果运算的对象之一是标量，那么对矩阵的每个元素施加运算。矩阵的乘法使用“*表示，与数学上的形式一致。,矩阵的除法有两种符号：“和“/，分别表示左除和右除。一般的讲，X=AB是A*X=B的解，X=A/B是X*A=B的解；通常ABA/B。,另外，MATLAB定义了点乘和点除运算。使用“.*、“./、“.表示。运算符号前面带有的小点告诉MATLAB执行元素对元素的运算，即为数组员算，不带点号的为矩阵运算。,矩阵的乘方也有几种定义形式。“为矩阵乘方，“.为元素对元素的乘方。,MATLAB中exp、sprt、sin、cos等命令可以直接使用在矩阵上，这种运算只是定义在矩阵的单个元素上，即分别对矩阵的每个元素进行运算。MATLAB中也提供了根本的三角函数。,返回,返回,MATLAB常用的关系操作符有：(大于)、=(大于或等于)、 = =(等于)、 !=(不等于)。,MATLAB的关系操作符可以用来比较两个大小相同的数组，或者比较一个数组和一个标量。在与标量比较时，结果和数组大小一样。a=1:9，b=a4，c=a(a4)。,逻辑操作符定义了一种与或非的关系表达式。MATLAB的逻辑操作符有&(与)、|(或)、(非)。b=(a4) 。c=(a4)&(a3 ;a(a3),子矩阵的查找使用find命令完成，它返回关系表达式为真的下标。a=10:20;find(a15),矩阵的排序使用sort函数，它将矩阵按照升序排列。,返回,