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电液伺服控制实验课程介绍1教学单位名称：机械科学与工程学院2 .实验中心名称：液压基础实验中心3 .课程名称：电液伺服控制4,课程代码：4124155,课程类别：专业课6 .课程性质：选修7 .课程学时：28学时，其中含实验4学时8 ,课程学分：1.59,面向专业：机械工程10 .实验课程的教学任务、要求和教学目的电液伺服控制系统实验课的开设是为了使学生将课堂上较为抽象的理论内容，如位置反馈、速度反馈、力反馈等各种闭环控制形式，伺服阀静态特性、动态特性等控制元件特性，阀控液压缸的频率响应特性、外特性等控制回路特性等，通过实物的形式获取直观概念。
要求学生能够识别电液伺服系统中主要控制和执行元件，根据控制要求用给定的液压元件和管路搭建控制回路，根据反馈形式合理安置和连接传感器，用计算机对伺服系统进行控制和实时数据采集。
其目的是使学生通过实验课熟悉基本的电液伺服系统的基本构成、使用及连接方式；熟悉各类实验的基本操作；培养制定、实施实验方案，实脸数据处理、分析，实验报告撰写等基本的科学研究能力。
通过实验课能够将抽象的控制理论与实际的系统输入输出规律、现象进行对照，反过来促进学生对控制理论的深入理解并思考导致理论与实际之间存在差异的因素，对学生工作后独立进行系统设计具有重要的指导意义。
11 .学生应掌握的实验技术及实验能力(1)掌握液压传动、液压伺服系统中常用元件的工作原理，能够利用所知的液压元件组成简单的液压传动、液压伺服系统；(2)了解液压的组成及液压元件、管路的连接形式，可以使用快速接头、焊接接头等进行管路连接；(3)了解液压伺服系统闭环的构成方式及电控系统的连接形式，可以按照系统原理图自行组装一套液压伺服系统；(4)了解计算机控制指令的输出方法及数据采集方法，可以进行简单的计算机控制程序编写并利用计算机读取实验数据；(5)掌握实验数据的处理和分析方法，能够根据采集数据分析液压伺服系统的控制特性。
《电液伺服控制系统》（含实验内容）教学大纲课程编码：08241068课程名称：电液伺服控制系统英文名称：electro-hydraulic servo control system开课学期：1学时/学分：30 （其中实验学时：4 ）课程类型：专业课开课专业：机械电子工程专业本科生选用教材：《液压伺服控制系统》王春行主编主要参考书：执笔人：刘昕晖一、课程性质、目的与任务本课程为机械电子工程专业本科生专业选修课。
通过对本课程的学习使学生了解液压伺服控制的基本理论、液压伺服控制元件和液压伺服控制系统等知识，了解液压伺服控制元件和系统的作用原理、特性分析及设计计算等。
二、教学基本要求1．了解电液伺服系统的基本概念2．了解液压伺服控制的基本理论、基本方法。
3．了解液压伺服控制元件和液压伺服控制系统组成和基本原理。
4．了解液压伺服控制元件和系统的特性分析及初步设计计算方法。
三、各章节内容及学时分配第一章液压伺服控制系统概述（2学时）本章介绍液压伺服控制系统的工作原理、组成、分类、优缺点和应用。
通过本章的学习，可以对液压伺服控制系统有一个大致的了解。
1．1 液压伺服控制系统的工作原理和组成一、液压伺服控制系统的工作原理二、液压伺服控制系统举例三、液压伺服控制系统的组成1．2 液压伺服控制系统的分类一、按输入信号的变化规律分类二、按系统输出量的名称分类三、按驱动装置的控制方式和控制元件的类型分类四、按信号传递介质的形式分类五、按液压动力机构是否对称分类1．3 液压伺服控制系统的优缺点一、液压伺服控制系统的优点二、液压伺服控制系统的缺点1．4 液压伺服控制系统的发展和应用概况第二章液压放大元件（4学时）液压放大元件是液压伺服系统中的一种主要控制元件，它们的性能直接影响到液压伺服系统购工作品质，因此必须对它们的特性及设计淮则进行研究。
液压放大元件可以是液压伺服阀或伺服变量泵。
本章只讨论液压伺服阀，包括滑阀、喷嘴挡板阀和射流管阀。
电液伺服系统的建模与控制研究引言：电液伺服系统（Electro-Hydraulic Servo System）是一种广泛应用于机械领域的控制系统，其通过电气信号控制液压元件，实现对物体位置、速度和力的精确控制。
随着工业自动化技术的不断发展，电液伺服系统在工业生产中的重要性越来越突出。
本文将从电液伺服系统的建模与控制两个方面展开研究，深入探讨其原理和应用。
一、电液伺服系统的建模电液伺服系统的建模是研究其工作原理和特性的基础。
建模是将实际系统转化为数学模型，通过模型分析和仿真研究系统的性能。
电液伺服系统的建模过程涉及到液压传动、机械传动、电气传动以及控制算法等多个方面。
1. 液压传动的建模液压传动是电液伺服系统中最关键的部分，其负责将电信号转化为液压信号，并通过液压元件传递给执行机构。
液压元件包括液压泵、阀门、缸筒等。
液压泵将液体加压，并通过阀门控制液体的流动。
液压缸通过泵送的压力作用，实现对物体位置、速度和力的控制。
液压传动的建模需要考虑压力、流量、阀门开度等方面的变化，利用流体力学和控制理论进行数学描述。
2. 机械传动的建模机械传动是将液压力转化为机械力，实现力的传递和位置的控制。
机械传动包括齿轮传动、皮带传动、曲柄机构等，其目的是将液压系统提供的力矩和转速传递给负载。
机械传动的建模需要考虑传动效率、摩擦损耗等因素，通过机械动力学和力学原理进行数学描述。
3. 电气传动的建模电气传动是将输入信号转化为电气信号，并通过电子元件和电机来实现力和速度的控制。
电气传动包括信号转换、功率放大、速度控制等。
常见的电气传动元件有电阻、电容、电感等，电机则是实现力和速度控制的核心部件。
电气传动的建模需要考虑电路理论和电机原理，通过电路分析和电机模型进行数学描述。
4. 控制算法的建模控制算法是电液伺服系统中实现控制和调节的关键。
常见的控制算法有比例控制、PID控制、模糊控制等。
控制算法的建模需要考虑系统的动态特性和控制目标，通过控制理论和信号处理进行数学描述。
M A T L A B电液位置伺服控制系统设计及仿真数控机床工作台电液位置伺服控制系统设计及仿真姓名：雷小舟专业:机械电子工程子方向：机电一体化武汉工程大学机电液一体化实验室位置伺服系统是一种自动控制系统。
因此，在分析和设计这样的控制系统时，需要用自动控制原理作为其理论基础，来研究整个系统的动态性能，进而研究如何把各种元件组成稳定的和满足稳定性能指标的控制系统。
若原系统不稳定可通过调整比例参数和采用滞后校正使系统达到稳定，并选取合适的参数使系统满足设计要求。
1 位置伺服系统组成元件及工作原理数控机床工作台位置伺服系统有不同的形式，一般均可以由给定环节、比较环节、校正环节、执行机构、被控对象或调节对象和检测装置或传感器等基本元件组成[1]。
根据主机的要求知系统的控制功率比较小、工作台行程比较大，所以采用阀控液压马达系统。
系统物理模型如图1所示。
图1 数控机床工作台位置伺服系统物理模型系统方框图如图2所示。
图2 数控机床工作台位置伺服系统方框图数控机床工作台位置伺服系统是指以数控机床工作台移动位移为控制对象的自动控制系统。
位置伺服系统作为数控机床的执行机构，集电力电子器件、控制、驱动及保护为一体。
数控机床的工作台位置伺服系统输出位移能自动地、快速而准确地复现输入位移的变化，是因为工作台输出端有位移检测装置（位移传感器）将位移信号转化为电信号反馈到输入端构成负反馈闭环控制系统。
反馈信号与输入信号比较得到差压信号，然后把差压信号通过伺服放大器转化为电流信号，送入电液伺服阀（电液转换、功率放大元件）转换为大功率的液压信号（流量与压力）输出，从而使液压马达的四通滑阀有开口量就有压力油输出到液压马达，驱动液压马达带动减速齿轮转动，从而带动滚珠丝杠运动。
因滚珠丝杠与工作台相连所以当滚珠丝杠 运动时，工作台也发生相应的位移。
2数控工作台的数学模型 2.1 工作台负载分析工作台负载主要由切削力c F ,摩擦力f F 和惯性力a F 三部分组成，则总负载力为:a f c L F F F F ++=2.2液压执行机构数学模型工作台由液压马达经减速器和滚珠丝杠驱动。
电液伺服系统的建模与控制1. 引言电液伺服系统是一种广泛应用于工业控制领域的系统，它可以通过控制液压执行器的输出来实现对机械运动的精确控制。
本文将介绍电液伺服系统的建模与控制方法，以帮助读者更好地了解和应用这一技术。
2. 电液伺服系统的概述电液伺服系统由液压执行器、电液伺服阀、传感器和控制器等组成。
液压执行器负责将液压能转化为机械能，电液伺服阀负责控制液压执行器的动作，传感器用于反馈系统状态信息，控制器根据传感器的反馈信息对电液伺服阀进行控制。
3. 电液伺服系统的建模建模是控制系统设计的第一步，对于电液伺服系统也是不可或缺的。
电液伺服系统的建模既可以基于理论模型，也可以基于实验数据进行。
3.1 理论模型在理论模型建模中，我们需要考虑液压执行器、电液伺服阀和控制器的动态特性。
液压执行器的动态特性可以用惯性、摩擦、密封等参数来描述。
电液伺服阀的动态特性可以用阀门的流量-压力特性和阀门饱和现象来描述。
控制器的动态特性通常可以用传统的PID控制算法进行建模。
3.2 实验模型在实验模型建模中，我们需要通过实验得到系统的频率响应和传递函数，并将其转化为数学模型。
这种方法对于实际系统的建模更加准确，但也需要大量的实验数据和较高的技术要求。
4. 电液伺服系统的控制控制是电液伺服系统中最关键的环节之一。
常用的电液伺服系统控制方法有位置控制、速度控制和力控制等。
4.1 位置控制位置控制是电液伺服系统中最基本的控制方法之一。
通过控制电液伺服阀的输出来控制液压执行器的位置。
传感器将执行器的位置信息反馈给控制器，控制器根据反馈信息进行调节，使得系统实现期望的位置跟踪。
4.2 速度控制速度控制是电液伺服系统中常用的控制方法之一。
通过控制电液伺服阀的输出来控制液压执行器的速度。
传感器将执行器的速度信息反馈给控制器，控制器根据反馈信息进行调节，使得系统实现期望的速度跟踪。
4.3 力控制力控制是电液伺服系统中一种高级的控制方法。
Harbin Institute of Technology
课程设计说明书
课程名称：自动控制原理
设计题目：某旋压机电液伺服系统的设计与仿真
哈尔滨工业大学课程设计任务书
(s)=
*注：此任务书由课程设计指导教师填写。
目录
一：题目要求与背景………………………………………………………………….
1.1 题目要求
1.2题目背景简介
二：基于频率响应法的设计
2.1 人工设计
2.1.1设计满足稳态误差要求的未校正系统的开环频率特性
2.1.2计算系统设计要求的相角裕度
2.1.3计算系统设计要求的剪切频率
2.1.4为系统设计校正环节
2.2 计算机辅助设计
2.2.1被控对象仿真
2.2.2控制器的设计
2.2.3对校正后开环系统仿真
2.2.4对控制器的开环系统仿真
2.2.5对校正后闭环系统仿真
2.2.6 对校正系统评估
2.3 校正装置电路图
三：基于根轨迹法的设计
3.1人工设计
3.1.1 原系统根轨迹图
3.1.2 期望主导极点
3.1.3控制器的设计
3.1.4 校正后系统仿真分析
四：设计总结
五：心得体会
六：参考文献
七：附录：
一：题目要求与背景
1.1 题目要求
技术要求：；;；速度信号V=0.5m/min时，误差e(t)
系统固有传递函数为：
(s)=
1.2题目背景简介
电液伺服控制起源于主要在军事工程领域发展起来的电液控制技术，而电液比例控制技术，是针对伺服控制存在的诸如功率损失大、对油液过滤要求苛刻、制造和维护费用高。
而它提供的快速性在一般工业设备中又往往用不着的情况，在近30多年迅速发展起来的介于普通通断开关控制与伺服控制之间的新型电液控制技术分支。
除了模拟式电液比例元件外，早在20世纪60年代人们就开始注意数字式或脉冲式比例元件的开发。
这类元件的优点是对介质污染不敏感，工作可靠，重复精度高，成批产品的性能一致性好。
其主要缺点是由于按载频原理实现控制，故控制信号的频宽较模拟器件低。
数字式电液比例元件的电一机械转换
器，主要是步进马达和按脉冲方式工作的动铁式或动圈式力马达。
数字式电液比例系统实质上是一个电液数/模转换系统或载频调制系统。
其控制分辨精度取决于每一脉冲的当量步长或调制精度。
最近迅速发展起来的高速开关阀，为比例阀的先导控制提供了一种新型的方式。
这种阀的重要特点是结构简单、响应快，目前正摆脱由于工作流量小而仅作为先导控制阀的局面，甚至更大的流量方向寻求优化结构。
第二次世界大战后期，由于喷气式飞机速度很高，因此对控制系统的快速性、动态精度和功率一重量比都提出了更高的要求。
1940年底，在飞机上首先出现了电液伺服系统。
经过20余年的发展，到了20世纪60年代，各种结构的电液伺服阀相继问世，电液伺服技术日臻成熟。
60年代后期，各类民用工程对电液控制技术的需求显得更加迫切与广泛。
但是，由于传统的电液伺服阀对流体介质的清洁度要求十分苛刻，制造成本和维护费用比较高昂，系统能耗比较大，难以为各工业用户接受。
而传统的电液开关控制(断通控制)又不能满足高质量控制系统的要求。
电液比例控制技术就是为适应开发一种可靠、价廉、控制精度和响应特性均能满足工程技术实际需要的电液控制技术的要求，从1%0年代末以来迅速发展起来的。
与此同时，还发展了工业伺服控制技术。
工业伺服控制技术的主要特点是:在高性能伺服阀基础上，增大电—机械转换器的输出功率和适当简化伺服阀结构，着重改善阀的抗污染性能，并降低制造成本。
比例阀则是以传统的工业用液压阀为基础，采用可靠、价廉的模拟电—机械转换器(比例电磁铁等)和与之相应的阀内设计，从而获得对油质要求与一般工业阀相同、阀内压力损失低、性能又能满足大部分工业控制要求的比例控制元件。
20世纪90年代中后期，一方面随着一般工程系统对闭环控制要求的升温，另一方面，客观上整体机械加工水平的提高，系统抗污染能力的增强，而对系统能耗采取了区别对待的措施，以及工业伺服阀对实际系统适应能力差等，在这样的背景下，在一般比例技术与伺服技术之间，出现了在新的层面上吸收两者优势而形成的所谓“伺服比例阀”，也称“高频响比例阀”(其频响比一般比例阀高)、“闭环比例阀”(由于无零位死区，可更方便地用于任何闭环系统)。
伺服比例阀的出现，很快地填补了本来企图用工业伺服阀发挥作用的中间地带。
这一方面使电液控制系统在不同的三个层面上，都有相应的实用技术;另一方面使得不同层面的电液控制技术，在技术的交融、整合上跨出了一大步。
二：基于频率响应法的设计
2.1 人工设计
2.1.1设计满足稳态误差要求的未校正系统的开环频率特性
已知数据
经过变换，成为国际单位制
若要求
e==,
则需要满足
=166.67
按性能指标要求试取
则：
(s)=
由计算得知，原系统剪切频率
相角裕度
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
由经验公式可知：
– 1) ;
可求得==1.25
即。
2.1.3计算系统设计要求的剪切频率
由于，
可以使用下述经验公式：
31.81rad/s 求得：
2.1.4为系统设计校正环节
对比原系统参数及预定要求的参数结果如下：
未经校正的系统
系统设计要求即校正后系统
对比分析得知，此时的系统是在原系统满足稳态误差的设计要求后，相角裕度不满足设计要求，并且剪切频率远大于设计要求，因此采用串联迟后校正。
进行校正系统的设计：
1.在的相频特性找出如下频率：
这一点所对应的频率将作为校正后的剪切频率。
2.在的幅频特性上找到所对应的幅值20lg||。
在Bode图上找到处，有
3.为使校正后在的幅频特性为0dB,应有
求出校正环节
.7544
4.为了减小串联迟后校正对系统相角裕度的影响，要求校正环节处的迟后相移
在校正环节参数和
5.确定串联迟后环节的传递函数为：
c 200(0.28571)
G 0.2125(1.6441)
s s ⨯+⨯+（s)=
2.2 计算机辅助设计
2.2.1被控对象仿真
2.2.4对控制器的开环系统仿真
2.2.3对校正后开环系统仿真
2.2.5对校正后闭环系统仿真
2.2.6 对校正系统评估阶跃响应曲线：
调整时间
超调量：
稳态误差：
2.3 校正装置电路图。
