河南科技大学课程设计说明书课程名称专业课程设计题目阀控缸位置伺服系统设计与分析学院农业工程学院班级农电111 学生姓名王银肖指导教师岳菊梅日期 2015年4月3日专业课程设计任务书班级：农电111 姓名：王银肖学号： 111403010124设计题目：阀控缸位置伺服系统设计与分析一、设计目的熟悉专业课程设计的相关规程、规定，了解控制系统设计数学模型的基本建立方法和相关算法的计算机模拟，熟悉相关计算的内容，巩固已学习的相关专业课程内容，学习撰写工程设计说明书，对控制系统相关状态进行模拟，对控制系统设计相关参数计算机计算设计有初步的认识。
二、设计内容阀控缸位置伺服系统原理如下图所示。
三、设计要求：1. 指出并分析电液位置控制系统的基本组成和特点。
2. 分析电液伺服阀的主要特性与其参数。
3. 电液伺服阀的选则与使用。
4. 设计电液阀伺服系统并画出仿真图。
四、设计时间安排查找相关资料（2天）、确定总体方案，进行必要的计算。
（1天）、对电力系统相关状态进行模拟，计算相关参数，（2天）、使用（MATLAB）等相关软件进行控制系统设计与仿真（2天）、撰写设计报告（2天）和答辩（1天）。
五、主要参考文献[1] 易孟林，曹树平，刘银水.电液控制技术[M].武汉:华中科技大学出版社,2010.[2] 王正林，王盛开，陈国顺. MATALAB与控制系统仿真[M].北京:电子工业出版社.2005.[3] 刘超.MATALAB基础与实践教程[M],北京:机械工业出版社.2011.指导教师签字：年月日第一章电液位置控制系统 (1)§1.1液压控制系统概论 (1)§1.2电液控制系统的基本组成及特点 (3)第二章电液伺服阀的特性与主要性能参数 (6)§2.1 静态特性 (6)§2.1.1 负载流量特性 (6)§2.1.2 空载流量特性 (7)§2.1.3 压力特性 (9)§2.1.4 内泄漏特性 (10)第三章电液伺服阀的选择与使用 (11)§3.1电液伺服阀的选择的一般原则 (11)§3.2 电液伺服规格的确定 (12)第四章阀控缸位置伺服系统的的设计及MATLAB仿真 (14)§4.1 电液比例阀控缸位置伺服系统建模设计 (14)§4.1.1阀控缸模型设计及分析 (14)§4.1.2仿真调试图 (14)总结 (18)参考文献 (19)电液伺服控制系统是电液控制技术最早出现的一种应用形式。
通常所说的电液伺服控制系统，从其构成来说，就是指以电液伺服阀作为电液转换和放大元件实现某种控制规律的系统。
电液伺服控制系统将液压技术和电气、电子技术有机的结合起来，既具有快速易调和高精度的响应能力，又有控制大量实现大功率输出的优势，因而在国防和国民经济建设各个技术领域得到了广泛的应用。
本文设计了一种阀控缸电液位置伺服系统，由电信号处理装置和若干液压元件组成，元件的动态性能相互影响，相互制约及系统本身所包含的非线性，致使其动态性能复杂，因此，电液伺服控制系统的仿真受到越来越多的重视。
以MATLAB为开发工具,将其应用于运动平台电液位置伺服系统的仿真分析中，对如何提高电液位置伺服系统的动态品质进行分析和研究，给出了仿真结果和分析的小结。
关键词：电液位置伺服系统；MATLAB；建模；仿真第一章 电液位置控制系统1.1液压控制系统概论液压控制系统是在液压传动系统和自动控制技术与控制理论的基础上发展起来的，它包括机械-液压控制系统、电气-液压控制系统和气动-液压控制系统等多种类型。
电液控制系统是电气-液压控制系统的简称，是指以电液伺服阀、电液比例阀或数字阀作为电液控制元件的阀控液压系统和以电液伺服或比例变量泵为动力元件的泵控液压系统，它是液压控制系统的主流系统。
液压控制系统有别于一般液压传动系统，它们之间的差异可通过下面列举的液压速度传动系统和电液速度伺服控制系统示例加以说明。
图1-1所示为两种形式的液压速度系统原理图。
在图1-1（a ）所示的液压速度传动系统中，它主要由液压缸、负载、电磁换向阀、调速阀及液压能源装置组成。
其工作原理为：当电磁铁CT1通电时，电磁换向阀左位工作，液压油经电磁换向阀、单向阀进入液压缸右腔，活塞在压力油的作用下向左快速移动，运动速度由液压泵的输出流量决定：当电磁铁CT2通电时，电磁换向阀，右位工作，液压油经过电磁换向阀直接进入液压缸左腔，活塞在压力油的作用下向右移动，液压缸右腔的油经调速阀、电磁换向阀回油箱，回油流量受调速阀的控制。
因此，可通过调节单向阀虽然具有压力和温度补偿功能，其输出的流量不受负载和温度变化的影响，但它不能补偿液压缸、单向阀等液压元件泄漏的影响，所以在负载增加时，系统的速度也会由于泄漏的增加有所减慢。
图1-1（b ）所示为电液速度伺服控制系统，它主要由指令元件（指令电位器）、伺服放大器、电液伺服阀、液压伺服缸、速度传感器（测速发电机）、工作台及液压缸能源装置组成。
其工作原理为：当指令电位器给定一个指令信号r μ时，通过比较器与反馈信号f μ比较，输出偏差信号μ∆偏差信号经伺服放大器输出控制电流i ，控制电液伺服阀的开口，输出相应的压力油驱动液压伺服缸，带动工作台运动。
由电液速度伺服控制系统的工作原理可知，液压伺服缸活塞运动的方向由控制电流的正负极性决定，而运动速度由伺服阀的输出流量即控制电流的大小确定。
系统由于加入了检测、反馈构成了闭环控制，故具有抗干扰、抗环内参数变化的能力，海淀也速度伺服控制系统对温度、负载、泄漏等影响因素均有自动补偿功能，能在有外部干扰的情况下获得精确的速度控制。
1—液压泵 2—溢流阀 3—电磁换向阀 4—单向节流阀 5—负载 6—工作台7—测速发电机 8-电磁换向阀 9指令电位器 10—比较器 11—伺服放大器图1-1液压速度系统原理图图1-2 电液位置伺服控制系统的原理框图图1-2所示为一个典型的电液位置伺服系统原理图。
其工作原理是：由计算机（指令元件）发出数字信号，经D/A 转换成模拟信号r μ后输给比较器，再通过比较器与位移传感器传来的反馈信号f μ比较，形成偏差信号μ∆，然后通过校正，放大器输出控制电流i ，操纵电液伺服阀（电液转换元件）产生较大功率的液压信号（压力、流量），从而驱动液压伺服缸，并带动负载（被控对象）按指令要求运动。
当偏差信号趋于零时，被控对象（负载）被控指令期望的位置上。
该电液位置伺服控制的原理框图如图1-2所示。
1.2电液控制系统的基本组成及特点电液控制系统与其它类型液压控制系统的基本组成都是类似的。
不论其复杂程度如何，都可分解为一些基本元件。
图1-3所示为一般电液控制系统的组成。
图1-3 电液控制系统的组成图1-4 计算机电液控制系统的组成①输入元件。
输入元件是指将指令信号施加给系统输入端的元件，所以也称指令元件。
通常用的有指令电位器、信号发生器或程序控制器、计算机等。
②比较元件。
也称比较器。
它将反馈信号与输入信号进行比较，形成偏差信号。
比较元件有时并不单独存在，而是由积累援建有机组合成整体，其中包含比较功能，如将输入指令信号的发生、反馈信号处理、偏差信号的形成、校正与放大等多项功能集于一体的板卡或控制箱。
图1-4所示的计算机电液伺服/比例控制系统，其输入指令信号的发生、偏差信号的形成、校正，即输入元件和控制器（校正环节）的功能都由计算机实现。
③放大转换元件。
该元件将比较器给出的偏差信号进行放大，并进行能量转换，以液压量（如流量、压力等）的形式输入执行机构，控制执行元件运动。
例如伺服阀比例阀或数字阀及其配套使用的控制放大器，都是常见的放大转换元件。
④检测反馈元件。
该元件用于检测被控制量并转换成反馈信号，加在系统的输入端与输入信号相比较，从而够成反馈控制。
例如位移、速度、压力或拉力等各类传感器就是常用的检测反馈元件。
⑤液压执行元件。
该元件按指令规律动作，驱动被控对象做功，实现调节任务。
例如液压缸、液压马达或摆动液压马达等。
⑥被控对象。
它是与液压执行元件可动部分相连接并一起运动的机构或装置，也就是系统所要控制的对象，如工作台或其他负载等。
以油液为介质的电液控制系统，属于液压系统范畴，同样具有下列液压系统的优点。
①单位功率的质量小，力-质量比（或力矩-惯量比）大。
由于液压元件的功率-质量比和力-质量比（或力矩-惯量比）大，因此可以组成结构紧凑、体积小、质量轻、加速性好的控制系统。
例如优质的电磁铁能产生的最大力大致为175N/cm²，即使昂贵的坡莫合金所产生的力也不超过215.7N/cm²；而液压缸的最大工作压力可达3200N/cm²，甚至更高。
统计资料表明，一般液压泵的质量只是同功率电动机的10%～20%,几何尺寸为后者的12%～13%；液压马达的功率-质量比可达7000W/kg左右，因受磁饱和限制，电动机的功率-质量比约为700W/kg，即液压马达的功率-质量比约为相同容量电动机的10倍。
②响应速度快。
由于液压动力元件的力-质量比（或力矩-惯量比）大，因此加速能力强，能够安全的、可靠地快速带动负载启动、制动与反向。
例如中等功率的电动机加速只需要一至几秒，而同等功率的液压马达加速只需电动机的1/10左右时间。
由于油液的体积弹性模量很大，由油液压缩形成的液压弹簧刚度也很大，而液压动力元件的惯量又比较小，由此油液压弹簧刚度和负载惯量耦合成的液压固有频率很高，故系统的响应速度快。
③负载刚度大，控制精度高。
液压系统的输出位移（或转角）受负载变化的影响小，即具有较大的速度-负载刚度，定位准确，控制精度高。
由于液压固有频率高，允许液压控制系统，特别是电液控制系统有较大的开环放大系数，因此可获得较高的精度和响应速度。
此外，由于油液的压缩性较小，同时泄漏也较小，故液压动力元件的速度刚度较大，组成闭环系统时其位置刚度也大。
液压马达的开环速度刚度约为电动机的5倍，电动机的位置刚度很低无法与液压马达相比。
因此，电动机只能用来组成闭环位置控制系统，而液压执行元件（液压缸或液压马达）却可用于开环位置控制。
④液压油能兼有润滑作用，有利于散热和延长元件的使用寿命。
⑤容易按照机器设备的需要，通过管道连接实现能量的分配与传递：利用蓄能器很容易实现液压能的贮存及系统的消振等；也易于实现过载保护和遥控等。
除了以上一般液压系统都具有得的优点外，需要特别指出的是，由于电液控制系统引入了电气、电子技术，因而兼有电控和液压技术两方面的特点。
第二章 电液伺服阀的特性与主要性能参数电液伺服阀是一种非常而复杂的电液控制元件，其性能优劣对整个电液伺服系统的工作品质有着至关重要的影响，因此对其要求十分严格。