液压系统伺服控制电路的设计开题报告

液压系统伺服控制电路的设计开题 毕业设计(论文)开题报告 学 生 姓 名: 学 号: 专 业: 机械及自动化 设计(论文)题目: 液压系统伺服控制电路的设计 指 导 教 师: 2009年3月22日 开题报告填写要求 1(开题报告(含“文献综述”)作为毕业设计(论文)答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计(论文)工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效; 2(开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档格式(可从教务处网页上下载)打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见; 3(“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写(或打印)在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇(不包括辞典、手册); (有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 7408—20054 《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2007年3月15日”或“2007-03-15”。 毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告 1(结合毕业设计(论文)课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2000字左右的文献综述: 文 献 综 述 摘要 液压伺服系统的经典控制理论，是采用基于工作点附近的增量线性化模型来对系统进行与综合，设计过程主要在频域中进行，控制器的形式主要为迟后、超前网络和PID控制等。目前液压伺服系统的经典控制理论已经基本成熟。对于一些频宽不太高、参数变化和外界干扰不大的液压伺服系统，采用经典方法进行设计已经能够满足工程需要。近年来，随着机械工作精度、响应速度和自动化程度的提高，对液压控制技术提出了越来越高的要求、液压控制技术也从传统的机械、操纵应用场合开始向航空航天和车辆与工程机械等领域扩展。在这种情况下，采用经典液压控制技术难以满足应用场合提出的对控制系统的要求。由此产生了新的液压伺服系统控制技术。 关键词 液压伺服系统 控制技术 电路设计 1(引言 液压技术相对于机械传动来说，是一门新兴的技术。人类使用水力机械及液压技术虽然已有很长的历史，但是液压技术在机械领域中得以应用并取得迅速发展则是20世纪、特别是第二次世界大战以后的事。随着控制理论的出现和控制系统的发展，液压技术和电子技术的结合日益完善，现代的液压技术已经成为一门独立的学科，这门 [1][2]技术已经被广泛的应用于冶金、机械、交通、以及近代试验科学等方面。 在液压系统中的，对液压元件的自动控制主要是通过液压伺服系统来完成的。 2(液压伺服系统 2.1液压伺服系统的概念和工作原理 伺服系统是一种执行元件能以一定的精度自动地按照输入信号的变化规律而动作的自动控制系统。凡是采用液压控制元件，根据液压传动原理建立起来的伺服系统， [3]都叫做液压伺服系统。 其工作原理是利用反馈得到的偏差信号，控制液压能源输入系统的能量(流量和 [10]压力)，是系统向着减小偏差的方向变化，从而使系统的实际输出与希望值相符。 2.2液压伺服系统的组成 [1][4][5]各种液压伺服系统均可由下列一些基本原件组成: (1)指令元件:给出与反馈信号具有同样形式和量纲的控制信号，如指令电位器以及其他电器或计算机等。 (2)反馈检测元件:检测被控制量，给出系统的反馈信号，如反馈电位器以及其他类型的传感器等。 (3)放大、转换、控制元件:把偏差信号放大，并作能量形式转换，变成液压信 [7]号，并控制执行元件运动，如放大器、伺服阀等。 (4)比较元件:把控制信号和反馈信号进行比较，给出偏差信号。有时不单独存在，而是和其他元件一起由一个结构元件来完成。 (5)直接对控制对象起控制作用的元件:如液压缸和液压马达等。 (6)控制对象:系统所控制的对象，如工作台及其他负载装置等。 此外还可能有各种校正装置，以及不包含在控制回路内的能源装置和其他辅助装置等。 [3][6]2.3液压伺服系统的分类 (1)按误差信号的产生和传递方式不同分:机液伺服系统;电液伺服系统;气液伺服系统。 (2)按液压控制元件的不同分:阀控系统(节流式);泵控系统(容积式)。 (3)按被控物理量不同分:位置伺服系统;速度伺服系统;力(或压力)伺服系统;其他伺服系统。 2.4液压伺服系统的优缺点 液压伺服系统除了具有液压传动所固有的一系列显著优点外，还具有系统刚度大、控制精度高、响应速度快、能高速启动、制动和反向等优点。因而可组成体积小、重 [1][8]量轻、加速能力强，快速动作和控制精度高的伺服系统，来控制大功率和大负载。 同样，液压伺服系统除具有液压传动所具有的一些缺点外，还具有其他一些缺点:如它的精密控制元件(如电液伺服阀)加工精度高，因而价格贵;对工作油要求高， [9]工作油的污染对系统可靠性影响较大等。 3(电液伺服系统的发展和应用 电液伺服系统作为一种新兴的技术科学，因其具有反应快、重量轻、尺寸小及抗 负载刚性大等优点，近几十年来，特别受重视，得以迅速发展。 电液伺服系统的历史不长，早在20世纪40年代，电液伺服系统已应用于飞机上，当时使用的电液转换器是用一个小伺服电动机操纵一个滑阀来实现的，系统频率较低，反应速度慢。20世纪50年代初，出现了快速反应的永磁力矩马达。力矩马达和滑阀的适当组合，形成了电液伺服阀，进一步提高了电液转换的速度。20世纪60年代以后各种伺服阀的新结构相继出现。到了20世纪70年代末80年代初，逐渐完善和普及的计算机控制技术，为电子技术和液压技术的结合奠定了基础，大大提高了液压伺服系统 [2][13]的功能与完成复杂控制的能力。 现在，液压伺服控制在自动化领域占有重要的地位。凡是需要大功率、快速、精确反应的控制系统，都已经采用了液压伺服控制。不仅仅在国防工业和航天航空事业方面，液压伺服控制系统的在民用工业方面的应用也得到了广泛重视，如机床、冶金、锻铸、轧钢、动力、车辆工程、矿山机械、海底作业、建筑、石油等。当前世界上瞩 [12]目的机器人技术也大量采用液压伺服控制系统。 [2][14]液压伺服控制系统今后的发展大体可以有以下几个方面: (1)高压大功率。高压的目的主要是为了减轻系统的重量及结构尺寸，大功率是为了解决大惯量与重负载的拖动问题 (2)高的可靠性。液压控制设备一般都是高性能的机器，对油的污染和温度变化都很敏感，把这种机器应用于飞行器上，一开始，可靠性就是一个重要课题。为了提高可靠性，除了对机器本身的研究与改良以及增加监测与诊断技术外，目前还在采用余度技术与重构技术，采用了三或四通道的余度构成系统。 (3)理论解析与特性补偿。液压伺服控制的理论解析，在20世纪50年代与60年代，就伺服系统本身的理论，可以说大体上解决了。近期的研究倾向是利用计算机对复杂系统、复杂因素进行仿真分析，其中大量的研究是围绕动态特性进行的。随着系统应用的目的多样化，控制对象也越来越复杂，大惯量、变参数、非线性及外干扰是经常遇到的。要使这些系统具有满意的性能，必须研究系统的性能补偿问题与近代控制策略。 (4)同微型机的结合。目前液压控制已从模拟控制转为以微机控制与数字控制为主。把微机放入控制回路之内进行实时控制时有很多问题需要研究——计算机速度问题，电液伺服机构如何与计算机配置的问题以及离散化带来的一些问题。直接与数字 机结合需要发展液压数字技术，目前已产生了各种形式的数字阀、数字缸及高速开关阀等。电液伺服控制与计算机的结合，提供了计算机创造的全部奇迹与大功率液压伺服控制之间牢靠的、精确的、高性能的联系，产生了各种所谓智能化的电气液压伺服控制系统。 (5)液压伺服控制普通的工业应用阶段。液压伺服控制元部件的批量及规格化生产，降低成本或开发简单廉价的各种转换元件、数字化元部件以及各种抗污染的产品，仍然是今后液压控制系统设计的课题。 4(小结 通过文献的收集、整理和阅读，掌握了电液伺服控制系统的基本原理，要完成对电液伺服系统电路的设计，需要对其中的几个主要的电路逐一设计，包括输入信号的放大、整合电路(电液伺服阀的输入电路)，电液伺服阀的激励电路，位置阀的输入电路以及反馈信号的整合电路。首先理解各种基本电路的原理和组成，然后选取适合的电气元件，构成各个部分电路，再将其联系在一起，最后就可以构成电液伺服控制系统的控制电路。 本课题采用由伺服阀和位置阀组成的电液位置反馈伺服系统。 附图:其基本原理图 参考文献 [1] 关景泰.机电液压控制技术[M].上海:同济大学出版社，2003. [2] 王占林.近代电气液压伺服控制[M].北京:北京航空航天大学出版社，2005. [3] 孙如军.数控液压伺服系统组成及工作原理[J].机床与液压，2007. [4] 贾铭新.液压传动与控制[M].北京:国防工业出版社，2001. [5] 王春行.液压伺服控制系统[M].北京:机械工业出版社，1985. [6] 薛祖德.液压传动[M].北京:中央广播电视大学出版社，1986. [8] 林国重，盛东初.液压传动与控制[M].北京:北京工业学院出版社，1986. [9] 姚运涛，李著信，张涛，焦光伟.液压伺服系统优化设计方法研究[J].后勤 工程学院学报，2001. [10] 卢长耿，李金良.液压控制系统的分析与设计[M].北京:煤炭工业出版社， 1991. [11] 李芳民.工程机械液压与液力传动[M].北京:人民交通出版社，2000. [12] 李福义.液压技术与液压伺服系统[M].哈尔滨:哈尔滨船舶工程学院出版 社，1992. [13] 何存兴，张铁华.液压传动与气压传动[M].武汉:华中科技大学出版社， 2000. [14] 何存兴.液压元件[M].北京:机械工业出版社，1982. [15] 刘京南主编，王成华副主编.电子电路基础[M].北京:电子工业出版社， 2006. 毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告 ,(本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段(途径): 本课题要研究或解决的问题: 通过综合文献资料和大学期间所学习的液压传动、控制工程、模拟电路方面的知识，了解液压系统在工程上的应用以及电液伺服控制系统的组成及原理，并通过给定信号，液压系统的伺服阀和位置阀等几个信号，设计液压伺服控制电路控制液压伺服系统正常工作。 研究手段: (1)分析课题，明确本课题所要达到的目标 (2)查阅资料，了解与本课题所相关的背景知识 (3)完成液压伺服系统的工作原理分析，确定个电路的设计 (4)完成液压伺服控制电路设计 (5)用Protel画出原理图 毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告 指导教师意见: 1(对“文献综述”的评语: 2(对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计(论文)结果的预测: 指导教师: 2009年5月 所在专业审查意见: 负责人: 年 月 日