工艺装备Ｉ Ｐ『ＯＣＯＳ，Ｓ Ｅｑｕｉｐｎ￣ｅｌｌｌ
一
种三自由度运动平台及其控制系统
栖晓彬
哈尔滨庆缘电工材料股份有限公刮．黑龙江哈尔滨１５００４０
ｌ引盲
＿ｔ自｝＝Ｉ＝１度运动系统在 领域中应刷比较ｒ泛．一 般要求系统具有绕水平面内两个坐标轴的转动自由度和 沿ｚ轴的平动自由度… ．翱前陶内已有的一些运动平台， 承载能力小．自动化程度不高．精度低？奉文提出一种三 九 度运动平台．为ｒ提高精度．利用３个闷控液 缸作 为驱动部件．提高定位精度和承载能力 在测拄系统中采 Ｊ＿｝ｊ多机控制．井州以太ｌ删进行埔 ２平台的运动机构 ‘自幽度运动平台的结构如 ｌ所永，ｍ同定底座、 运动平台、 控液压缸组成．左侧两个液 缸’ｊ底座之 问 动平台之Ｉ＇ｒｌ－ｊ￣ＩＩｔ采用球铰连接．打删液胍缸与平台之 １１；１Ｊ采ｊ＝Ｉ＿】虎兜饺连接，而。 底 座之间为固定连接，１．¨较制
缸简和活塞杆之问的转
动 由于｝ 述各铰的约
求．系统的白出度数为３．
刚好 有绕 和｝ 轴两个
转列］ｔ＇ｔ ｆ 度 １ ｝ｚ轴Ｉ１
动自ｍ度．．
３控制系统设计
崎甲台川做运动模拟删， 难洲控系统ｎ勺控制Ｆ的
作原理｛【１＝１Ｉ刳ｌ所求 莳先Ｉ 他机接受¨Ｉ】’・输人的ｆ 咨
运动指令，删刚 台ｆｌｃ】运动 反解模块生成删掣的澉Ｈ
襄４弯曲检验衷
钠规格锕 状怠１承辅能力ｋｎＵ＇＝４０ｈｉｍ）ｌ增Ｊ】ｌ＝ｆ幅度
２５ｔ；ｌ ２０ＭｎＫ 处理 。 １ ２７ｏ＝１．
２９ｔ ２０ＭｎＫ 热轧Ｉ ２７０
（２）２０Ｍ¨Ｋ号ｕ ＪＩ！！铡的强度水平（≥５４０ ＭＰＨ），达到
旧外同类ｕ型钢强度水平（５００ Ｍｔ ）
柃虢结果袭明，经控冷热处删后ｆｆ勺２５Ｕ．不仅可以替
代热轧的２９Ｕ型钢，并肄有１．４４倍安全系数。
２，４ Ｕ型钢支架整米承栽能力试验（中Ｉ；ｔ矿业大学岩层力
学中 试验宣）
立架支护阻力（等于支ｌ架琅受的全部外载衙）与支架
坝粱下沉量和两帮移近鲢的关系，见下罔ｌ硬丧５．两种支
架均在搭接处产 Ｅ滑移．均未搠坏．．
襄５ Ｉ．Ｉ型钢支架整璺譬试验结果
１３６ Ｉ机械工程师２００６年第５期
３经济分析
通过技术指标的分ＩＩＭ￣ＶＪ；４１．符Ｊ 热处理２５１．１ Ｊ 例代
替２９Ｕ喇钢．则处理１吨２５ Ｌ１’ 约钢利１６Ｏ ｋｇ；Ｉ，ｑＮ．川ｔ
热处理２９ｕ替代３６Ｕ， 吨 约钢材２４Ｉ ｋ＃；以令架Ｉ刑ｔ
型钢年需求缝１００００ １吨 ｕ划钢价格３００（Ｉ』 ，ｉｌｉｌ￣ｉ＜ ｒ算．
约材料资金分别为４８０玎死和７２３万元＝．扣除热处婵！成
本， 约资金儿 万兀．优得注意们灶．热处理产最
生产成本衡娜车Ｈ炎，只有保证大批量连续生产， ＿能发挥
陔ｑ＋Ｊ 线的败川．Ｊｔ创造 ・ｇ火的效莅
综卜所述，坩Ｕ刚钢控冷热处理厢．１叮 兽提高ＩＩ
Ｊ 钢史架的强度．撼小史架 他川・ Ｉ１的变嘭和失效．增强
霞全【１ Ｊ．靠性，延【乇Ｉ 俐盘架的 均州服年限；ＮＩ以ｆ｝｛小
断耐的Ｉ Ｊ 铡替代人断耐的【Ｉ剞钠． 利 约火量钢
材 减轻盘护篮姨ｎ勺嘶动强Ｊ篁的¨的 Ｉ蝙斟明涛）
作 哺介：赵广引（１９６７－】．士．讲师，王垂从事教学和科研工作
性稿日相：２０１）６－０１—０９
维普资讯 http://www.cqvip.com
Ｐ ｒｏｃｅｓｓ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｌ工艺装备
缸位移信号，输入到下位机，下位机
将上述期望的液压缸位移信号转换
成期望的电压信号再和实际传感器
采来的液压缸位移信号相比较形成
偏差，输入到控制器，由控制器解算
出控制量并对阀控缸系统进行控制。
另外系统中还引入了动压反馈校正
来提高系统的阻尼。
上位机和下位机之间通过以太
网进行通讯。上位机的任务是监控运
动系统的工作状态和运动参数；接受
操作人员的控制指令；将控制指令通
过以太网和ＲＳ一２３２串行通讯接口发送到下位机。下位
机根据平台输出的期望液压缸位移，根据ＰＩＤ控制算法
解算出控制指令，输出到每个伺服阀控制液压缸实现要
求的运动。
４液压伺服驱动系统
由于受空间的限制，液压伺服驱动系统中采用了差动
液压缸，并采用伺服阀进行控制，阀控缸动力机构见图３。
参考文献［２］和［３］可以推导出阀控缸动力机构的传
递函数为：
：二！盘：：釜 ㈩ 一Ｉ 什 …
ｓ
（ ｓ （ 耘＋ 川
式中 为阀芯位移，Ａ 为无杆腔的有效面积；Ａ 为有杆
腔的有效面积。 。为伺服阀的流量增益； 。为阀的流量
压力系数；Ｖ 为液压缸两腔总容积的一半。 为等效质
量， 为等效外负载力。
所以液压周有频率和阻尼比分别为
浮 （２）
＝
１ Ｖｏｆ１． ＋｝等 （３）
由于伺服放大器和位移传感器的频响远大于液压固有
频率，所以都可以看作是比例环节，可以分别用下式表示：
＝
（４）
式中， 为伺服放大器的放大系数； （ｓ）为伺服放大器
的输入电压；，（ｓ）为伺服放大器的输出电流。
ｒ
（５）
式中， （ ）为位移传感器的输出电压；研为位移传感器
的放大系数。
由于所采用的电液伺服阀的频响较高，可以将其看
作一个二阶环节，即 Ｇ （ｓ）＝— —＿． （６）
＋ ＋１
∞ ｆｉｔ）
由式（１）、（４）至（６）可以确定单个阀控缸系统的开环传递函
数为 ‰ ∽） ＼
∞； ∞ ¨∞ ∞＾ ／
式中， 厂系统的前置增益。
动压反馈是液压伺服系统中一种常用且有效的校正
方法，动压反馈就是将液压缸两腔压差信号经过微分校
正装置反馈到伺服阀输入端，构成压力微分反馈。它可以
提高系统的阻尼比＿２］。系统在位置闭环并采用比例控制
器，加入动压反馈的系统方块图如图４所示，图中， 为
动压反馈系数。
５结束语
本文提出了一种新型的三自由度运动平台，该平台由
３个液压缸驱动，采用液压伺服驱动方式，克服了现有的一
些三自由度平台采用液压传动加人工手动控制方式所固
有的精度低、可靠性差、效率低等缺点，控制系统的设计合
理、可靠。自动化程度大大提高，值得进一步推广应用。
［参考文献］
［Ｉ］黄真， Ｌ令富，方跃法．并联机器人机构学理论及控制［Ｍ］．北
京：机械工业出版社。１９９７：１９—３２．
［２］李洪人．液压控制系统［Ｍ］ Ｅ京：国防工业出版社，１９９０．
［３］赵强，李洪人．六自由度转台的神经网络控制［Ｊ］．东北林业大
学学报，２００１，２９（６）：７３—７５． （编辑立明）
ｌ作著筒 ： 晚彬（１９６４－ｊ，女。工程师，主要从事设备管理工作。
收稿日期：２００６一Ｏｌ一２４
机械工程师２００６年第５期ｌ １３７
维普资讯 http://www.cqvip.com