精密校直机液压伺服系统仿真分析.pdf

2 0 1 0年 5月 第 3 8卷 第 1 0期 机床与液压 MACHI NE TO0L HYDRAULI CS Ma v 2 01 0 Vo 1 ． 3 8 No ． 1 0 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 0 ． 1 0 ． 0 0 8 精密校直机液压伺服系统仿真分析 王玉 山 ，翟华 1 ．合肥锻压集 团，安徽合肥 2 3 0 0 0 9；2 ．合肥工业大学机械 与汽车工程 学院，安徽合肥 2 3 0 0 0 9 摘要分析精校机液压伺服系统的工作过程，建立精校机液压伺服系统的数学模型，绘制系统开环和闭环 B o d e图，并 对其动态特性和稳态响应精度进行分析。分析结果表明该系统的频宽较大，响应快速性较好。该方法为精校机产品的设 计和制造提供参考。 关键词精校机；伺服；液压系统 ；仿真 中图分类号 T H 1 2 3 ． 1 文献标 识码 A 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 0 1 0 0 2 3 2 Si mul a t i o n a n d An a l y s i s o f Hy dr a ul i c Se r v o Sy s t e m o f Pr e c i s e St r a i g ht e n i ng Pr e s s W ANG Yu s h a n ． ZHAI Hu a 1 ． He f e i F o r g i n g G r o u p ，H e f e i A n h u i 2 3 0 0 0 9，C h i n a ；2 ． S c h o o l o f Me c h a n i c a l a n d A u t o m o b i l e E n g i n e e r i n g ，H e f e i U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ，H e f e i A n h u i 2 3 0 0 0 9，C h i n a Ab s t r a c t T h e wo r k p r o c e s s o f h y d r a u l i c s e r v o s y s t e m o f p r e c i s e s t r a i g h t e n i n g p r e s s wa s a n a l y z e d，a n d t h e ma t h e ma t i c mo d e l w a s b u i l t ． T h e b o d e g r a p h s o f o p e n s y s t e m a n d c l o s e s y s t e m we r e d r a w n ． T h e d y n a mi c c h a r a c t e r a n d s t a t i c r e s p o n d i n g p r e c i s i o n w e r e a n a - l y z e d ． T h e r e s u l t s s h o w t h e s y s t e m ffe q u e n c e wi d t h i s w i d e r ，a n d r e s p o n d i n g r a p i d i t y i s b e t t e r ． T h e me t h o d p r o v i d e s r e f e r e n c e f o r d e s i g n i n g a n d ma n uf a c t ur i ng p r e c i s e s t r a i g h t e n i n g p r e s s ． Ke y wo r d s P r e c i s e s t r a i g h t e n i n g p r e s s ； S e r v o ； Hy d r a u l i c s y s t e m ； S i mu l a t i o n 精密校直机是用于轴、管、棒等杆类零件校直的 重要设 备 ，而校直是机械加工过程 中保证产 品质量 的 重要工序 ，广泛应用于汽车 、拖拉机 、工程机械 、机 床 、纺织机等 机械制 造行业 。零件校直后可直接达到 设计精度 ，或减少后续加工量，节约材料，提高了生 产效率 。 精 密校直 机中的液压伺 服系统是保证校直机精密 校直的关键部件 ，要求具有控制精度高、动作快 、响 应迅速、系统稳定、抗干扰能力强等特点。由于校直 过程受 弹性 负载 的影 响 ，稳 定 性变 差 ，响应 速 度减 慢 ，这与系统 的要求相矛盾 。为 了保证校直机快 速响 应 ，必须有效地解决这一矛盾 。作者 主要对精校 机液 压伺 服控制系统进行 了设计和研究 ，建立 了精校机液 压位置伺 服控制系统的数学模型 ，绘制 了系统开环 和 闭环 B o d e 图 。 1 精校机液压伺服系统 组成计算机控制 的精 校机液压伺服系统的基本元 件有 微型计算机、数模转换器 D ／ A 、保持器、 放大器、伺服阀、液压缸、位移传感器、模数转换器 D ／ A 等。其典型计算机控制的液压伺服系统的框 图如 图 1 所示 。 { ／ 羹 恒盈惬 L_ 二二 _ } 孺 面 卜 l 一一一⋯⋯⋯一． I ⋯⋯⋯ 。 三互三ji夏曼 - II I ． 图 1 液 压伺 服系统构成 系统工作时 ，位移传感器实时记录压头位移量， 该位移量是模拟 量 ，通 过 A ／ D转 换器 转换 为数 字量 输入计算机 ；计算机每隔一定时间 t 对输入信号和反 馈信号采样一次，经比较后得出误差信号 ，再按控制 算法进行运算，将算 出的控制信号送入 D ／ A转换器 转换为模拟量后送到液压伺服阀，通过控制伺服阀开 口量的大小来控制压头速度，从而控制最终压头的位 置 。 精校机 电液位 置伺服系统可 以采用 四通 阀控不对 称液压缸模型进行研究，结合系统相关参数数值，根 据工况 系统开环传递 函数为 了 K v 1 I 砑 J 式中 为开环增益；K v 0 ． 7 1 K a ，K a 为放大器增 益，其值可调，将根据后面的动态分析确定。 系统的闭环传递函数为 收稿日期2 0 0 91 2 0 8 基金项 目国家重大专项资助项 目 2 0 0 9 Z X 0 4 0 0 4 - 0 2 1 作者简介王玉山 1 9 7 1 ～ ，男，汉，锻压设备及自动化设计与制造。电话0 5 5 1 3 6 7 6 8 0 0 ，Em a i l Wa n g y u s h a n 5 6 8 1 6 3．c o n。 2 4 机床与液压 第 3 8 卷 s 9 8 ． 8 6 2 4 9 2 ． 5 4 9 2 ． 5。 ～⋯⋯ 2 系统的动态特性及稳态响应精度分析 稳定性是控制系统正常工作的必要条件，是系统 的重要特性。由于液压伺服系统的参数在工作中经常 发生变化，因此用频率特性法来分析是比较有效的。 系统的对数幅频特性 L 和对数相频特性 0 9 分 别为 20 ]gK 一 2 0 一 20 1g √ 一 3 一 詈一 a r c t 锄 4 ‘ 卜 由式 3 、 4 可知 ，系统的相频 特性不 受 K 值的影响，而幅频特性受 K 值的影响。绘制 K v 0 ． 1时的开环 B o d e图如图 2所示，可知，K 越小， 系统 的稳态误差越大 。所 以在满足系统相对稳定性 的 条件下 K g I6 d B ，为 了提高 系统的精度 ，K 应 尽 可能大。当 K 1时，系统的相位穿越频 率 4 9 2 ． 5 r a d ／ s ，幅 值 裕 度 4 5 ． 9 d B 。 当 K 6 d B 时 ，K 9 8 ． 8 6 ，即在满 足相对 稳 定性 的条 件 下 ， 的最大值为 9 8 ． 8 6 ，而 K 0 ． 7 1 K a ，则 1 3 9 ． 2 4 。 K v 9 8 ． 8 6时 ，系统 的开环 B o d e 图如图 3所示 ，相位 裕度 8 5 。 3 0 。 ，幅值裕度 K g 6 d B，系统满足相 对稳定性要求。 图2 0 ． 1时系统的开环 B o d e图 根据闭环传递函数还可以绘制系统的闭环 B o d e 图，进而判断系统响应的快速性。系统响应的快速性 可用频宽来表示 ，系统 的幅值频宽是 闭环系统 的对数 幅值不低于 一3 d B时所对应的频率范围。相位频宽 时系统相位之后 9 0 。 时所 对应 的频率范围。 从图 4可得 闭 环 系 统 的 频 宽 f 1 1 4 ／ 2 1 8 ． 1 5 H z ，可知该系统的频宽较大，响应输入信号的 快速性较好，满足了设计要求 。 图 3 K v 9 8 ． 8 6 r a d ／ s 时系统 的开环 B o d e图 图 4 系统闭环 B o d e图 3结论 通过建立精密校直机伺服系统的开环和闭环传递 函数 ，可 以看 出 当 K v 1时 ，系 统 的相 位穿 越频 率 c c J 4 9 2 ． 5 r a d ／ s ，幅值裕度 K s 4 5 ． 9 d B ；当 6 d B时，K v 9 8 ． 8 6 ，即在满足相 对稳定性 的条件 下， 的最大值为 9 8 ． 8 6 ，而 K v 0 ． 7 1 ，则 1 3 9 ． 2 4 ；K v 9 8 ． 8 6时 ，相 位裕 度 8 5 。 3 0 。 ，幅 值裕度 K g 6 d B，系统 满足 相 对稳定 性 要求 ；闭环 系统的频宽f 1 1 4 ／ 2 1 8 ． 1 5 H z ，可知该 系统 的 频 宽较大 ，响应输入信号 的快速性较好 。以上方法不 仅对精校机产品的设计和制造提供了一定理论依据 ， 而且也可以应用到大型数控单双动薄板冲压液压机液 压系统设 计 中，并取得 了 良好 的效果 。 参考文献 【 1 】李洪人． 液压控制系统[ M] ． 北京 国防工业出版社 ， 1 981 ． 6． 【 2 】 黄宏 ， 黄谊， 王积伟． 液压与气动传动[ M] ． 北京 机械工 业出版社 ， 2 0 0 0 ． 5 ． 【 3 】雷天觉． 液压工程手册 [ M] ． 北京 机械工业出版社， 1 9 93． 8． 【 4 】 杨叔子， 杨克冲． 机械工程控制基础[ M] ． 武汉 华中科 技大学 出版社 ， 2 0 0 0 ． 1 1 ．