自动控制原理课程设计方案——旋压机电液伺服系统设计方案.docx

自动控制原理课程设计方案旋压机电液伺服系统设计方案第一章绪论1.1题目概述由原题目已知数据可画出系统方框图：已知技术参数和设计要求：1p25%;ts0.25s;2速度信号V=0.5m/min时，误差e(t)0.05mm;1.2旋压机电液伺服系统背景简介旋压技术是先进制造技术的重要组成部分,是局部连续塑性成形工艺,属于回转成形范畴,主要用于构成薄壁空心回转体零件。该技术广泛应用于航空航天、火箭、导弹、兵器等军事工业和通用机械、汽车等民用工业中。旋压机的仿形系统对旋压加工产品的质量及加工精度的影响至关重要。大型立式强力旋压机采用的是电液仿形技术,其液压系统包含了旋轮座纵向和横向液压系统、辅助系统等主要系统。旋轮座横向电液伺服系统和纵向电液伺服系统组成了旋轮座仿形系统,该系统利用电液比例伺服阀控制液压油缸活塞杆的位移量,并通过按加工精度要求输入预定变化规律的控制信号来实现对位移量的准确控制,进而到达所要求的加工精度。采用电液比例伺服控制技术不仅改善了系统的控制性能,而且大大简化了液压系统,降低了费用,同时还提高了系统的可靠性。旋压技术，也叫金属旋压成形技术，是通过旋转使工件受力点由点到线由线到面，同时在某个方向给予一定的压力使金属材料沿着这一方向变形和流动而成形为某一形状的技术。旋压成形经过是将金属板料或空心零件的毛坯固定在旋压机的芯模上，在毛坯随机床转动同时，用旋轮将毛坯逐点压下，使其形状或者壁厚发生局部连续塑性变形，进而制成所需的产品的成形经过。能够生产更接近最终形状(净性)的金属零件。这里，金属材料必须具有塑性变形或流动性能，旋压成形也不等同于塑性变形，它是集塑性变形和流动变形的复杂经过，十分需要指出的是，我们所讲的旋压成形技术不是单一的强力旋压或普通旋压，它是两者的结合。强力旋压用于各种筒、锥体异形体的旋压成型壳体的加工技术，是一种比拟老的成熟的方法和工艺，也叫滚压法。旋压是综合了锻造、挤压、拉伸、弯曲、环压、横轧和滚压等工艺特点的少无切削加工的先进工艺。它通常被以为只能成形轴对称回转体零件，而近年来所开展的三维非轴对称零件旋压技术研究表明，旋压已突破其原有的理论范畴及加工范围。旋压件的基本形状大致可分为圆筒形、圆锥形、凹形、凸形、管形、阶梯形、缩口形等，还有由这些形状组成的复合形状。旋压加工具有设备简单、节省原材料、成本低廉和产品质量高等优点。陶瓷的制坯工艺可能为金属旋压提供工艺雏型。在我国早在三千五百年至四千年前的殷商时代，就会应用陶轮或陶车制作陶坯(例如罐、壶和盘等容器、器皿、装饰品)，后来又在十世纪初期发明金属旋压工艺，并且将有色金属薄板(如金、银、锡和铜等)制成空心件如:精巧的银碗、银碟等器皿。一直到十三世纪，金属旋压技术才传播到英国，其后将近五百多年，在1840年左右，才由约旦传播到美国和欧洲各国。强力旋压技术是直到上个世纪五十年代才从普通旋压技术的基础上发展起来的。最早是在瑞典、德国被用于民间工业，到1953年美国的普拉特惠特尼公司和洛奇西普来机床厂合作才制成了三台旋压机床，初次成功将这种技术应用到航空工业中。由于旋压工艺的先进性、经济性和实用性，且该工艺具有变形力小，节约原材料等特点，近四十多年来，国外工业发达国家的金属旋压工艺技术有了飞跃的发展，日趋成熟。其主要标志为:金属旋压设备己经定型，工艺流程比拟稳定，产品多种多样，应用日益广泛。目前世界上在强力旋压技术的发展和应用上，美国和德国居于领先水平，其工艺已经成熟，设备己系列化、性能最为先进。近几年西班牙又异军突起，其他国家在强力旋压的讨论和应用上正在发展。目前，强力旋压技术日趋成熟，己经成为金属压力加工中的一个新的领域我国是在六十年代起步，七十年代进行了大范围推广试用，对强力旋压工艺已有了一定的把握并有一些创新，也研制了一定数量的旋压机，参加WTO后，国外各企业纷纷到国内寻找商机，将中国视为他们的加工基地和零部件供给的合作者，加上国内积极扩大需求，因而国内旋压产品近两年呈现一片繁荣景象。大型立式强力旋压机的液压系统包含了，旋轮座纵向和横向液压系统、辅助系统等主要液压系统，其中辅助液压系统包括平衡系统、旋轮自转系统、卸料系统等。由旋轮座横向电液伺服系统和纵向电液伺服系统组成的旋轮座仿形系统对旋压产品的质量、加工精度至关重要，因而本论文重点讨论这两个系统。这两个系统用的是电液比例伺服阀控制液压油缸活塞杆的速度和位移量，通过输入按加工精度要求预定变化规律的控制信号，能够实现对位移量的准确控制，进而到达所要求的加工精度。采用电液比例伺服控制技术不仅改善了系统的控制性能，而且大大简化了液压系统，降低了费用，同时还提高了系统的可靠性。在比例伺服阀问世以前，电液伺服系统的液压缸控制阀采用比例阀或伺服阀。这两种阀都是把来自数控系统的电器控制信号转换成伺服驱动液压缸的油液流量控制信号，进而控制液压缸的移动速度或者位移。比例阀本身没有阀芯位置反应，是一个开环环节，而伺服阀带有阀芯位置反应，是一个闭环环节，因此比例阀的控制精度没有伺服阀高，但是比例阀对油液质量的要求比伺服阀低。对于数控旋压机来讲，使用比例阀精度不够高，而使用伺服阀又使油液维护困难，故障率高。第二章人工设计2.1处理已知数据2.1.1设计知足稳态误差要求的未校正系统的开环频率特性已知数据V=0.5m/mine(t)0.05mm需经过变换，成为国际单位制V=1120m/se(t)0.05×10?3m若要求e=Vkv=1120kv0.05×10?3m,则需要知足kv1120120×10?3=166.67按性能指标要求试取kv=200则：G0(s)=200s(s22502+2×0.51250s+1)做出G0(s)的Bode图，如下所示由计算得知，原系统剪切频率wc0=217rads相角裕度0=15.4°。2.1.2计算系统设计要求的相角裕度已知系统要求超调量p25%101010101010101010Magnitude(dB)BodeDiagramFrequency(rad/sec)有两组经历公式可供借鉴：(1)p=0.16+0.4(1sin1);2p=100(Mr?1)%50(Mr?1)%均可求得Mr=1sin=1.25即=53.13°(知足经历公式适用范围)2.1.3计算系统设计要求的剪切频率wc由于1Mr1.8，能够使用下述经历公式：wc=ts2+1.5(Mr?1)+2.5(Mr?1)2=31.81rad/s2.1.4原系统参数及预定要求的参数比照比照原系统参数及预定要求的参数结果如下：未经校正的系统wc0=217rads0=15.4°系统设计要求即校正后系统wc=31.81rad/s=53.13°2.2为系统设计校正环节2.2.1确定校正方法比照分析得知，此时的系统是在原系统知足稳态误差的设计要求后，相角裕度不知足设计要求，而剪切频率wc远大于设计要求，符合串联迟后校正的使用条件，因而采用串联迟后校正。注：串联迟后校正的适用条件：系统剪切频率远大于目的剪切频率，而相角裕度远小于目的值甚至出现负值时，使用串联迟后校正会牺牲剪切频率来大幅增大相角裕度使其到达目的相角裕度。2.2.2对系统进行串联迟后校正此次校正之后的目的是将剪切频率降低到希望剪切频率，而相角裕度有较大提升，以完成既定任务。根据串联迟后校正的规定步骤进行校正：1在G0(jw)的相频特性找出如下频率：G0(jw)=?180+=?180+53.13+10=?116.87°这一点所对应的频率将作为校正后的剪切频率。2在G0(jw)的幅频特性上找到wc所对应的幅值20lg|G0(jw)|。在Bode图上找到G0(jw)=?116.87°处，有wc1=35rads3为使校正后在wc的幅频特性为0dB,应有20log=20lg|G0(jc)|20log=15.2求出校正环节=5.75444为了减小串联迟后校正对系统相角裕度的影响，要求校正环节wc处的迟后相移在5°?10°下面。确定校正环节参数和T=10c1=0.2857T=1.6445确定串联迟后环节的传递函数为：Gc(s)=200×0.2857s+11.644s+16画出校正环节的Bode图如下：2.2.3校正结果分析经此前一步串联迟后校正，系统整体的Bode图如下：从图中可看出，同时经过手工计算，得知知足系统预定性能指标要求。101010101010101010Magnitude(dB)BodeDiagramFrequency(rad/sec)101010101010101010Magnitude(dB)BodeDiagramFrequency(rad/sec)第三章计算机设计3.1Simulink仿真框图3.2系统串联校正装置后的Bode图-150-100-50050100Magnitude(dB)10101010101010Phase(deg)BodeDiagramGm=17.2dB(at249rad/sec),Pm=77deg(at35.3rad/sec)Frequency(rad/sec)3.3阶跃响应曲线3.4性能指标要求的其他曲线3.4.1有关调整时间ts取到达稳态值?5%范围内的某一点，时间为0.238s,小于规定要求的调整时间0.25s，证实调整时间的设计知足预期要求。00.20.40.60.811.20.20.40.60.811.21.4StepResponseTime(sec)Amplitude当前位置：文档视界自动控制原理课程设计方案旋压机电液伺服系统设计方案自动控制原理课程设计方案旋压机电液伺服系统设计方案当前位置：文档视界自动控制原理课程设计方案旋压机电液伺服系统设计方案自动控制原理课程设计方案旋压机电液伺服系统设计方案