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1、彈簧疲勞試驗(yàn)臺液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 擬定控制方案 試驗(yàn)臺采用雙桿液壓缸對試件進(jìn)行加載，采用位移傳感器進(jìn)行檢測反饋，從而構(gòu)成一個(gè)伺服閥控制液壓缸的閉環(huán)電液位置控制系統(tǒng)，其原理圖如圖1所示，其方塊圖如圖1-2 所示。 伺服閥 l M L K L B L F 0 0 0 0 p M 放大器 R U L y f U e U g F p y 位移傳感器 圖1 系統(tǒng)原理圖 表1 彈簧疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)電液力伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求和給定參數(shù) 項(xiàng) 目 符號 參 數(shù) 單位 彈簧剛度

2、K 32700000 N/m 液壓缸最大行程 S 0.003 m 壓下最大負(fù)載力 Fmax 98100 N 系統(tǒng)性能參數(shù) 控制精度 ef ≤5 頻率 30 Hz 2. 靜態(tài)計(jì)算 運(yùn)動方程為： 液壓缸最大速度為 液壓缸最大負(fù)載為 液壓缸最大功率為 取系統(tǒng)供油壓力 系統(tǒng)應(yīng)在供油壓力的95%狀態(tài)下工作，故取負(fù)載壓力 則液壓缸有效面積為

3、 因液壓缸有效工作面積，取活塞桿直徑與缸筒內(nèi)徑的比為代入上式得 圓整，取，校核有效面積得 根據(jù)液壓設(shè)計(jì)手冊，選取天津四方歐業(yè)液壓機(jī)械有限公司產(chǎn)品的SFD25型高壓重型等速液壓缸 液壓設(shè)計(jì)手冊 最大工作壓力為25Mpa，液壓缸內(nèi)徑80mm，活塞桿直徑45mm，行程系列選擇50mm，有效面積。 最大空載速度為0.5652m/s，考慮泄漏等，將伺服閥流量增大30%，則伺服閥最大空載流量為 選取最大空載流量為的伺服閥。 在液壓缸小位移時(shí)，用極小的壓力差即可推動負(fù)載，為充分利用伺服閥的流量，現(xiàn)選定壓力降7Mpa,輸出流量為125L/mi

4、n的伺服閥，選取伺服閥型號：QDY10。 3.動態(tài)計(jì)算 3.1 液壓缸傳遞函數(shù)的確定 液壓缸的傳遞函數(shù)為： 其中， 其中 ，查液壓手冊，取液壓缸的行程 50mm，取，忽略液壓缸泄露，，， 代入數(shù)據(jù)得：，， 3.2 伺服閥傳遞函數(shù)的確定 電液伺服閥的傳遞函數(shù)表示：： 查表得到QYD10的一些參數(shù)，其中，設(shè)時(shí)間常數(shù)。 3.3 伺服放大器增益 按穩(wěn)態(tài)控制精度確定開環(huán)增益。設(shè)靜態(tài)控制精度為，開環(huán)增益為 電放大器增益為 3.4 反饋傳感器增益 位置傳感器傳遞函數(shù)可以用增益表

5、示。選取位移傳感器增益。 3.5 系統(tǒng)方塊圖 將上述確定的傳遞函數(shù)代入方塊圖得系統(tǒng)方塊圖，如圖3-1所示。 + - 3.6 系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù) 由以上系統(tǒng)方框圖可得到系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)： 在MATLAB中由系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)繪制系統(tǒng)開環(huán)伯德圖，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 圖3-2 系統(tǒng)伯德圖 從系

6、統(tǒng)的開環(huán)伯德圖可看出系統(tǒng)的幅值裕量Gm=56.2db，相位裕量為Pm=72.7deg，滿足穩(wěn)定性的要求。 4 系統(tǒng)仿真 由系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，在Matlab的simulink中建立系統(tǒng)simulink仿真模型，如圖4-1所示。 圖4-1 系統(tǒng)simulink仿真模型 設(shè)置好各模塊參數(shù)后運(yùn)行MATLAB進(jìn)行仿真，得系統(tǒng)的仿真曲線，如圖4-2所示，其中黃顏色的線表示輸入，紅顏色的線表示輸出。 圖4-2 系統(tǒng)simulink仿真結(jié)果 從仿真圖中可以看出，系統(tǒng)的輸出發(fā)散達(dá)不到振動臺對振幅、頻率的要求。 調(diào)整傳遞函數(shù)，將慣性環(huán)節(jié)換成振蕩環(huán)節(jié)。 圖4-3 調(diào)整后系

7、統(tǒng)simulink仿真模型 設(shè)置好各模塊參數(shù)后運(yùn)行MATLAB進(jìn)行仿真，得系統(tǒng)的仿真曲線，如圖4-2所示，其中黃顏色的線表示輸入，紅顏色的線表示輸出。 圖4-4 調(diào)整系統(tǒng)simulink仿真結(jié)果 從仿真圖中可以看出，系統(tǒng)的輸出依然發(fā)散達(dá)不到振動臺對振幅、頻率的要求。 5. 參考文獻(xiàn) [1] 駱涵秀.電液振動臺的發(fā)展趨勢.試驗(yàn)機(jī)與材料實(shí)驗(yàn)，1995，(6):l～6 [2] 王春行.液壓控制系統(tǒng).北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1995. [3] 李洪人，液壓控制系統(tǒng).北京:國防工業(yè)出版社，1981.

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