液压元件与系统设计3课件

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1、单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,,*,液压元件与系统设计,—— 液压系统设计,,〔第五讲〕,,电液速度控制系统实例,,,速度控制系统给定设计参数为：,,负载转动惯量,J,＝,,m,2,,,最大负载转矩,T,＝,49N·m,,,转速范围,n=34~195 r/min,,,供油压力,ps,＝,,,速度传感器增益,Kfv,＝,0.19V·s/rad,,性能指标为：,,跟踪精度 ,,l r/min,,,完成准确跟踪的时间,,,(1),决定系统控制方案,,,采用伺服阀控制液压马达的阀控系统。,,,(2),确定马达排量,,,取,

2、那么马达排量为,或,选取,BMl—10,摆线液压马达，其排量为,D,m,=102×10,-6,m,3,/r,或,D,m,=163×10,-7,m,3,/rad,,,(3),选择伺服阀规格,,,伺服阀流量为：,,此时阀的压降为：,查伺服阀样本，选用,QDY—C63,型，额定电流为,30mA,，供油压力为时的额定空载流量为,1.05×10,-3,m,3,／,s,。,,,(4),确定传递函数,(A),电液伺服阀的传递函数,,伺服阀的增益,由样本得：,于是电液伺服阀的传递函数为,,,(B),液压马达的传递函数,,马达油腔容腔与伺服阀到马达间容积之和为,又取,那么：,取：,于是液压马达的传递函数为,速度

3、传感器的传递函数,积分放大器的传递函数,,,(5),绘制系统开环频率特性,由图可见，为了满足系统稳定性的条件，取开环频率特性的相位滞后,180,,点上的幅值裕量为,6,分贝，此时的角稳定裕量为,87,,，由于幅值稳定裕量不能减小，所以穿越频率不能再增加。,,,(6),确定系统开环增益及积分放大器增益,,开环增益：,由系统波德图知，在区间,,＜,,c,内，,L(,),是一条斜率为,-20dB/dec,的直线，所以：,求得积分放大器的增益为,(7),速度控制系统的开环传递函数,,系统的开环传递函数为,,,(8),计算系统的稳态误差,,因为系统是,I,型系统，对速度指令信号误差为零，满足了

4、跟踪精度为,,l r/min,的要求。,,(9),系统的仿真实验,,由试验结果可见，现有系统是稳定的，没有超调，但上升过程有几次小的振荡。过渡过程在秒以内结束，完全满足在秒内完成准确跟踪的任务。,,,力控制系统设计实例,,,,现要求设计一个如图的力控制系统。其设计参数及性能指标为：,,液压缸最大速度：,1cm/s,,(1)液压缸确实定,,根据力控制系统的控制特性，系统要在供油压力的95％状态下工作取负载压力pL＝＝，那么液压缸有效工作面积A＝Fm／pL＝2，,,令d／D＝，那么D＝，取D＝10cm，d＝，校核得A＝2。,最大流量,,(2),选择电液伺服阀,,,选定压力降为,7MPa,，输出流

5、量为,3.8 1/min,的伺服阀。设阀的流量增益,K,q,，压力一流量增益,K,c,分别为,压力增益,阀的额定电流,I,R,＝,150mA,，输出位移,x,v,＝，增益为,,(3)力反响传感器,,输入力为Ff＝113000N，输出电压为Vf＝，其增益为,,(4),静态特性,,为得到,,,5,％静态控制精度，开环增益,取,K,0,＝,25,，电放大器增益,,,(5),动态特性,,,为了确定,,l,、,2,，要计算油的压缩性，设油路的阻尼系数,其中V是液压缸的总油腔容积，为确保行程充裕，选择工作行程大于10cm行程的液压缸，取行程为x＝15cm的液压缸，计算液压缸容腔V＝Ax =8.22×

6、10-4m3，假设4＝14×108Pa，那么此时油路阻尼系数C＝0.146×10-12m3／(N／m2)。根据油的压缩性，计算弹性系数,把这个值与k比较，可知控制系统在,的情况下工作，负载弹簧,k,＝,180000N,／,cm,时,负载弹簧,k,＝,9000N,／,cm,时,,,取开环增益为,25,，根据开环放大特性求出穿越频率：,,负载弹簧,k,＝,180000N,／,cm,时,负载弹簧,k,＝,9000N,／,cm,时,对应于,,3,的阻尼比,,3,的共振峰值超过了零分贝轴，这是造成系统不稳定的原因。,,频率,,2,、,3,与负载质量有关，由负载弹簧刚度的最大值决定。,,k,＝,

7、180000N,／,cm,时，弹簧的计算频率为,,，,,使得系统的超调量减少。,为此在2前的一个频率处参加一个校正环节,,MATLAB介绍,,,1 MATLAB根本使用,,界面简介；,,简单的数学运算；,,MATLAB变量；,,脚本和帮助；,,脚本文件、在线帮助。,,,2 MATLAB的根本矩阵运算,,简单矩阵输入,,键盘输入、语句生成,,矩阵运算,,矩阵的转置〔复数conj〕、矩阵的四那么运算、矩阵的乘方、矩阵的超越函数、,,关系和逻辑运算,,矩阵操作,,矩阵下标、矩阵大小、矩阵操作函数、逻辑矩阵、矩阵查找和排序,,结束,,The End,,MATLAB可以象计算器一样进行一些简单的数学运

8、算。,,,MATLAB通常不考虑空格，并且计算结果赋给了变量ans(answer的缩写)。,,,MATLAB中的变量是区分大小写的 。Aa；aa。,,,变量可以参与运算之中 。Bb=aa*10。,,,MATLAB命令窗中存储着输入的命令和创立的所有变量值，可以在任何需要的时刻被调用。,,,多条命令可以放在一行中，之间可用逗号或者分号隔开。逗号告诉MATLAB显示结果，分号表示禁止。如果在一行中无法写下一个完整的命令，可以在行尾参加三个连续的点，表示命令余下的局部在下一行出现。百分号之后的所有文字为注释，注释为单行型。,,,MATLAB遵守一般的计算优先规那么：表达式从左向右执行，指数运算具有最

9、高优先级，乘除法次之，加法和减法优先级最低。括号可以改变通用的优先级，由最内层括号向外执行。,,,MATLAB可以使用光标键↑来调用前面的命令。在提示符后按一次↑键调出上一次命令；在提示符后键入命令的一局部，按↑键，可以遍历代有相应字头的最近的命令。MATLAB的命令行具有一般的编辑功能。,返回,,变量区分字母的大小写；名字不能超过19个字符，第19个字符后的字符被忽略；变量必须以字母开头，之后可以是任意字母、数字或者下滑线；变量中不能含有标点符号。,,,如果忘记了变量名，可以使用who命令查询。,,,变量可以保存为数据文件，也可以从数据文件中读入。Save，load。,,,将变量aa和bb保

10、存在二进制数据文件中。如果希望保存为一般的文本文件，可以在save命令之后使用-ascii选项。,,,将数据文件中的输入读入命令窗口，如果不存在那么读datas文件，如果还是不存在，那么报出错。如果是.mat 文件，文件中包含变量名和值，并且可以是多个变量，如果是非.mat文件，即为文本文件，读入的变量名为文件的名字。load datas,,,使用clear命令，可以去除工作空间的变量。Clear aa bb。如果clear后为空，那么将去除工作空间的所有变量，并且系统不会要求你确认这个命名，也不可能恢复，使用这个命令一定要注意。在clear变量后，使用pack命令可以优化内存空间。,,,MA

11、TLAB中的一个强大功能为对复数不需要特殊的处理。tt=10-9i。复数运算不需要特殊处理，可以直接进行。,,,MATLAB计算中所有的量为双字长浮点数，显示中为了方便，并不按照双字长浮点数进行显示。MATLAB显示数据时，遵循一定的规那么。在缺省情况下，当结果为整数，MATLAB将它作为整数显示；当结果为实数，MATLAB以小数后4位的精度近似显示。如果结果中的有效数字超出了这一范围，MATLAB以科学计数法显示结果。可以使用format命令来改变显示格式，常用的的格式有：long (16位)、bank(2个十进制位)、short(缺省)、short e(5位加指数)、 long e(16位

12、加指数)。,,返回,,对于简单问题，使用直接输入命令简单有效；对稍复杂和屡次重复的应用，直接输入命令比较麻烦。MATLAB提供了逻辑解决方案，它允许用户把多个命令放在一个简单的文本文件中，如同在MATLAB中键入命令一般，这种文件称为脚本文件，由于脚本文件以m为扩展名，它常称为M文件。脚本文件为文本形式的，对跨平台处理十分有利。之后提供了内置的文件编辑器，用户也可以使用自己喜欢的文件编辑器生成脚本文件。,,,将文件以m扩展名保存为后，在MATLAB中简单的键入exp1就可以执行中的命令。,,,使用脚本文件，可以把命令保存在磁盘上，便于以后的访问；同时对使用大的数组也带来的方便；增加注释可以为脚

13、本中的命令作文挡以免以后忘记。,,,返回,,MATLAB的命令很多，很难全部记住。为了便于查找命令和用法，MATLAB提供了三种在线帮助形式：help、lookfor以及超文本帮助。,,,如果已经知道命令或者标题名字，希望查找它的使用方法，help命令是最简单的方式。help abs,,,虽然帮助文本中的命令为大写，这只是为了阅读方便，运算中不能使用大写。MATLAB中的命令都为小写，并且命令区分大小写。,,,不带标题的help命令将列出所有的MATLAB可以获得帮助的目录。通过一级一级的标题查找可能找到自己要找的命令，但这样的查找比较麻烦。当还不能确定主题的拼写或者是否存在，可以使用另外两种

14、方式获得帮助。,,,lookfor　命令通过搜索所有的MATLAB help，返回包含指定关键词的那些项。例如，希望得到各种有关的FFT运算方法，lookfor FFT。可以进一步使用help命令观察所找到的命令。,,,使用lookfor命令最重要的是关键词不必为MATLAB命令，它提供了一中通过一般关键词找到命令和帮助标题的方式。,,,在以前，提供了winhelp类型的帮助文件，可以顺序查找所需的主题。版之后，提供的帮助为Html文件形式。这种形式搜索命令简单，使用比较方便。,返回,,对于比较小的简单矩阵，可以使用键盘直接输入 。,,,矩阵生成不但可以使用纯数字，也可以使用变量。矩阵的元素直

15、接排列在方括号内，每行内的元素使用空格或者逗号分开，行与行之间使用分号隔开。大的矩阵可以分行输入，用回车键代替分号，这和我们平时使用的矩阵形式很相近。,,,大局部的试验数据是用上面的形式给出的，在处理试验数据中，可以简单的将数据前后参加左右括号，就可以得到矩阵的表示。这种处理可以在脚本文件中进行 。,返回,,如果是线性等间距格式生成矩阵，可以使用,from:step:to,方式。,from,、,step,、,to,分别表示开始值、步长和结束值。,aa,=1:2:10,。,,,用,linspace,命令，,aa,=linspace(1,10,5),。,linespace,的三个参数表示开始值、结

16、束值和数据个数。数据个数可以省略，确省值为,100,。,,,在画,Bode,图等应用中，需要使用对数等间隔的数据，可以使用,logspace,命令生成。,Logspace,和,linspace,的参数相同，只是结果不同。,返回,,矩阵的加减法使用“+〞、“-〞运算符。两个矩阵只有同阶方可进行加键运算。如果运算的对象之一是标量，那么对矩阵的每个元素施加运算。矩阵的乘法使用“*〞表示，与数学上的形式一致。,,,矩阵的除法有两种符号：“\〞和“/〞，分别表示左除和右除。一般的讲，X=A\B是A*X=B的解，X=A/B是X*A=B的解；通常A\B≠A/B。,,,另外，MATLAB定义了点乘和点除运算。

17、使用“.*〞、“./〞、“.\〞表示。运算符号前面带有的小点告诉MATLAB执行元素对元素的运算，即为数组员算，不带点号的为矩阵运算。,,,矩阵的乘方也有几种定义形式。“^〞为矩阵乘方，“.^〞为元素对元素的乘方。,,,MATLAB中exp、sprt、sin、cos等命令可以直接使用在矩阵上，这种运算只是定义在矩阵的单个元素上，即分别对矩阵的每个元素进行运算。MATLAB中也提供了根本的三角函数。,,,返回,,返回,,MATLAB常用的关系操作符有：(大于)、>=(大于或等于)、 = =(等于)、 !=(不等于)。,,,MATLAB的关系操作符可以用来比较两个大小相同的数组，或者比较一个数组和

18、一个标量。在与标量比较时，结果和数组大小一样。a=1:9，b=a>4，c=a(a>4)。,,,逻辑操作符定义了一种与或非的关系表达式。MATLAB的逻辑操作符有&(与)、|(或)、~(非)。b=~(a>4) 。c=(a>4)&(a<7) 〔一般构成的是逻辑矩阵〕,返回,,MATLAB通过确认下标，可以对矩阵进行插入子块、提取子块和重排子块的操作。,,,为了提取矩阵a的第n行、第m列的元素值，使用a(n,m)可以得到。同样，将矩阵a的第n行、第m列的元素值赋为r，使用a(n,m)=r这样的命令。需要注意的是，如果在提取矩阵值时，行或列的值大于矩阵的大小，那么出错；而在矩阵赋值时，如果行或者列超

19、出矩阵的大小，那么MATLAB自动扩充矩阵的规模，使得可以赋值，扩充局部以零填充。,,,利用矩阵下标，MATLAB还提供了子矩阵功能。同样是上面的a(n,m)，如果n和m是向量，而不是标量，那么将获得指定矩阵的子块。a(2:3,3:4),,,同样，矩阵的子块还可以被赋值。如果在取子块时，n或m是“:〞，那么返回指定的所有行或列。,,,如果在矩阵子块赋值为空矩阵(用[]表示)，那么相当于消除相应的矩阵子块。如： a(2:3,:)=[],,为了获得矩阵或者向量的大小，MATLAB还提供了两个有用的函数size和length。,,,size按照下面的形式使用：[m,n]=size(a,x)。当只有一

20、个输出变量时，size返回一个行向量；如果有两个输出变量，第一个返回量为行数，第二个返回数为列数。当使用x时，x=1返回行数，x=2返回列数，这时只有一个返回值。,,,length返回行数或者列数的最大值，即length(a)=max(size(a))。,,,MATLAB提供了一组执行矩阵操作的函数，例如flipud(a)使得矩阵上下翻转，fliplr(a)使得矩阵左右翻转，rot90(a)使得矩阵逆时针翻转90度等等。,,,逻辑矩阵是大小和对应矩阵相同，而元素为0或者1的数组。逻辑数组一般由关系算子创立。a=1:5;a>3 ;a(a>3),,,子矩阵的查找使用find命令完成，它返回关系表达式为真的下标。a=10:20;find(a>15),,,矩阵的排序使用sort函数，它将矩阵按照升序排列。,返回,,