闭环控制数字液压缸的结构及工作原理
闭环控制系统工作原理
闭环控制系统工作原理
闭环控制系统工作原理是一种基于反馈机制的控制系统，通过比较输入信号与输出信号之间的差异来调节系统的行为，使输出信号尽可能接近期望值。
闭环控制系统通常由三个主要组成部分组成：传感器、控制器和执行器。
传感器用于测量系统的输出信号，并将该信号发送给控制器。
控制器根据预设的控制算法和输入信号，计算出相应的控制信号，并将其发送给执行器。
执行器根据控制信号来调整系统的参数或输出信号，以使输出信号达到期望值。
在闭环控制系统中，控制器不仅根据输入信号来生成控制信号，还通过与输出信号的比较来进行反馈。
反馈信号提供了实际输出信号与期望输出信号之间的误差信息。
控制器根据这个误差信息来调整控制信号，使系统尽可能减小误差，并使输出信号逼近期望值。
闭环控制系统的工作原理可以通过以下步骤来描述：
1. 传感器测量系统的输出信号，并将其发送给控制器。
2. 控制器比较输出信号与期望信号之间的差异，计算出控制信号。
3. 控制器将控制信号发送给执行器。
4. 执行器根据控制信号来调整系统的参数或输出信号。
5. 传感器再次测量系统的输出信号，并将其反馈给控制器。
6. 控制器根据反馈信号来调整控制信号，以减小误差。
7. 重复以上步骤，直到输出信号达到期望值。
通过不断的反馈和调整，闭环控制系统能够自动对系统进行监控和调节，使系统在不同工作条件下能够保持稳定的输出。
闭环控制系统常用于工业自动化、电子设备、机械控制等领域，对于提高系统的准确性、可靠性和鲁棒性具有重要意义。
基于PLC的液压机控制系统设计
基于PLC的液压机控制系统设计刘俊,李文(大连交通大学电气信息学院,辽宁大连116028)摘 要:针对传统液压机控制系统的不足,为使其拥有更好的性能和人性化操作界面,构建了基于PLC与工业触摸屏的电气控制系统整体结构,设计采用三菱FX1N PLC作为主控核心,实现的功能分别为与上位机的数据交换,对液压机外围硬件电路以及内部阀体控制和对压力、位移、温度的数据检测。
并给出相应的PLC程序及部分上位机界面设计。
应用结果表明,与传统设计相比,该系统既可以实现自动优化运行,又可以满足手动控制的操作要求,提高了工作效率,是机电一体化的典型应用。
关键词:液压控制;电气控制;可编程逻辑控制器;数据检测;人机界面中图分类号:TH137;TM57 文献标志码:B 文章编号:1671 5276(2011)01 0157 04Control Syste m Design of Hydraulic Press Based on PLCL I U Jun,L IW en(E l e ctrica l and Infor m a tion I nstit u t e,Da lian Jiao t ong Un ive rsity,Da li a n116028,Ch ina)Abstrac t:To m ake up f or t he short age in t he traditional control sys t e m f or hydr auli c pr ess,t his paper constructs t he overall s truc t ure of e l e ctrical contr o l sys t e m based on PL C and indus trial touch screen.I n or der t o m ake t his sys t e m has bett er perf or mance and hu manized operati o n int erf ace,M it sub i s hi FX1N PLC is used as the core t o rea lize its f unction data exchange w ith PC,t he contro l of the peripheral hard w ar e c ircuits and int ernal valves,and t he data de t ec tion i n t he pressure,displace ment and t e mperat ure.And ita lso of f ers the des i g n o f t he corr espond i n g PL C procedure and part o f t he PC int erf ace des ign.Runn i n g result sho w s that co m pared w ith t he trad iti o nal des ign,the syst em not on l y can r eali z e the aut omatic op tm i al oper a ti o n,but also can mee t t he perf or mance require ment s f or manual contr o l and m i prove work effi c iency.This is a typica l appli c ati o n ofmechanical and elec trica l int egrati o n.K ey word s:hydraulic contr o;l e l e ctrical contro;l PL C;dat a det ecti o n;HM I(H u manM achine Int erf ace)0 引言转向架可以说是铁道车辆上最重要的部件之一,它直接承载车体质量,保证车辆顺利通过曲线。
液压系统图解
F1 , F2 －大小活塞作用力
A1 , A2 －大小活塞作用面积
A2
液压系统的工作压力取决于外负载
第二节 液压传动的工作原理及组成部分 二、工作特点 2 运动速度或转速
A1v1 A2v2
A2v2 q v1 A1 A1
v1 , v2 －大小活塞运动速度
q
－单位时间的流量
活塞面积一定,运动速度只与输入流量有关 改变输入流量,实现无级调速 不考虑泄漏,运动速度与外负载无关
1.章宏甲,黄谊主编.液压传动. 机械工业出版社
2.左健民主编.液压与气压传动. 机械工业出版社
实验和习题： 液压传动实验指导书及习题
第二节 液压传动的工作原理及组成部分 一、工作原理
能量传递通过液体完成
液体压力 单位面积液体所受的力 理想状态,液体压力处处相等 (帕斯卡原理) 液压传动 液体压力能传递机械能
第二节 液压传动的工作原理及组成部分 二、工作特点 1 力或力矩传递通过液体压力实现
F2 F1
F2 F1 p A2 A1
第五节 液压技术的发展概况 二、广泛的应用领域
90%的数控加工中心
95%的工程机械
95%的自动线
第五节 液压技术的发展概况 三、发展趋势
高压、高速、大功率、高集成化 高效率、低噪声、高可靠性
电比例控制、液压比例控制 伺服控制、数字控制、计算机控制
第五节 液压技术的发展概况 三、发展趋势 以油为介质，存在的问题： 废油排放和环境保护问题 泄漏问题 易燃与安全问题 资源枯竭和成本问题 以水为介质的水压传动－液压传动的发展方向 密封、锈蚀、温度敏感性等问题
液压系统原理图
液压系统原理图
液压系统原理图
基于NI实时控制器的六自由度平台测控系统设计与实现
基于NI实时控制器的六自由度平台测控系统设计与实现王效亮;张芳;曾宪科;栾婷;陈成峰【摘要】六自由度平台测控系统是六自由度平台的电气控制部分,它通过对六路液压缸的实时闭环控制,实现对平台位姿的控制;该测控系统采用NI的计算机,配置多种类型的PXI板卡,实现了对平台的电压、电流、数字IO、CAN总线等多种接口类型的测量和控制,满足了可靠性需求;采用了典型的上下位机控制,分别进行实时计算与任务管理,解决了实时性的控制需求;采用NI的虚拟仪器Labview开发测控软件,完成实时计算平台的正解与反解模块,作动器闭环控制等功能,增强系统的功能和灵活性;目前六自由度平台测控系统的硬件部分和软件部分都已经通过了调试,对系统进行了正弦运动和暂态特性测试,实验结果表明,运行速度快,满足了平台的控制要求.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2019(027)002【总页数】6页(P24-28,33)【关键词】六自由度平台;软件;SIT仿真模型【作者】王效亮;张芳;曾宪科;栾婷;陈成峰【作者单位】北京精密机电控制设备研究所,北京 100081;北京精密机电控制设备研究所,北京 100081;北京精密机电控制设备研究所,北京 100081;北京精密机电控制设备研究所,北京 100081;北京精密机电控制设备研究所,北京 100081【正文语种】中文【中图分类】TP273+.50 引言六自由度平台是一种模拟航天器空间运动姿态的模拟器，在其行程范围内可以模拟任意空间运动。
六自由度是平台具有六个自由运动的维度，即纵向、升降、横向、俯仰、横滚、偏航[1]。
通过对6个液压作动器的精确控制和解藕算法，实现对平台的6个自由度的位姿控制。
其系统示意图如图1所示。
图1 六自由度平台示意图六自由度运动平台可以实现对既定的轨迹的跟踪，作为运动仿真平台有着广泛的应用：1)可以作为航空飞行模拟器；2)可以作为机器人的模拟运动机构；3)在娱乐界可以作为体感模拟娱乐机；4)用作飞机、船舶、潜艇、航天器等运动载体中相关仪器设备的试验。
液压缸的典型结构 ppt课件
(b)
10 11 12
8
7
9
6
(c)
(d)
图4-10
4.2.3液压缸的密封
液压缸的密封是指活塞、活塞杆和端盖等处的密封，是 用来防止液压缸内部(活塞与缸筒内孔的配合面)和外部的泄 漏。以下简要介绍液压缸中常见的密封形式。
A
A
放大
60°
0.3
图4-11
(a)
(b)
图4-12
(a)
(b)
防尘圈
(c)
4.2 液压缸的典型结构
图4—8所示为拉杆式单杆活塞缸的典型结构。根据图4 一8所示液压缸各部分的结构特点及功用，可将其划分为缸 筒组件、活塞组件、液压缸的密封、液压缸的排气装置和制 动缓冲装置等几个部件，其它种类的液压缸也不外乎是由这 几个部件组成。
1 2 34 5 6 7 8
9 10 11 12 13 14
用于压力小于2.5 MPa 的小流量场合。直动
式溢流阀采取适当的
措施也可用于高压大
流量。例如，德国 Rexroth公司开发的通 径为6~20 mm、压力 1 为40~63 MPa，通径 为25~30 mm、压力 为31.5 MPa的DBD型 直动式溢流阀，最大 流量可达330 L/min。 其中较为典型的锥阀 式结构如图5-2(a)所示， 图5-2(b)为锥阀式结 构的局部放大图。
I
I
放大
21 20 19
18
图4-8
17 16ห้องสมุดไป่ตู้15
4.2.1缸筒组件
缸筒组件的其它几种连接方式如图4-9所示。图4-9 （a）、（b）、(c)所示分别为法兰连接、半环连接和螺 纹连接。
(a)
(b)
闭环控制系统工作原理
闭环控制系统工作原理
闭环控制系统是一种自动控制系统，可以通过对系统输出与期望输入之间差距的反馈进行调整，从而使系统的输出更加接近期望输入。
其工作原理可以归纳为以下几个步骤：
1. 设定期望输入：在闭环控制系统中，首先需要设置一个期望输入信号，即所需的系统输出。
2. 对比期望输入与实际输出：系统会将期望输入信号与系统实际输出信号进行对比，并计算其之间的差距。
3. 生成误差信号：根据期望输入与实际输出之间的差距，系统会生成一个误差信号，该信号用于指示系统是否达到期望输出。
4. 反馈控制调整：误差信号会被送回到系统的控制器中，控制器会根据该信号制定相应的控制策略。
控制策略可以是比例控制、积分控制、微分控制或者它们的组合，以调整系统的输出。
5. 输出调整：经过控制器调整后，系统会根据控制策略对输出信号进行调整，使其更接近期望输入。
6. 循环过程：上述步骤会不断循环进行，系统会不断根据反馈信号进行调整，以使系统输出逐渐接近期望输入。
通过以上循环过程，闭环控制系统可以不断地根据实际输出与期望输入之间的差距进行调整，以使系统的输出更加接近期望
输入。
这种反馈机制可以提高系统的可靠性、稳定性和精度，使系统能够更好地适应不确定性和扰动。
液压缸工作原理范文
液压缸工作原理范文液压缸是一种利用液体来产生机械运动的装置。
它由液压缸体、液压缸活塞和密封件等组成，通过液压系统便可实现机械运作。
液压缸工作原理是基于帕斯卡定律，即在一个封闭的液体中，施加在液体上的压力会均匀地传递到整个液体中，并且对任意两个闭合相邻平面上的作用力相等。
下面将从液压缸的工作原理、工作步骤及应用领域进行详细介绍。
液压缸的工作原理可以概括为以下几个步骤：1.油液流入：液压缸通过液压阀控制油液的流入。
当液压阀开启时，高压油液从液压泵流入液压缸，使液压缸内部充满了高压油液。
2.活塞运动：当油液进入液压缸后，沿着液压缸内壁向外施加作用力。
液压缸内部的活塞和活塞杆开始向前运动，完成机械运作任务。
液压缸内部的液压油承受压力，并因此通过作用于活塞上的力来达到机械工作。
3.油液排出：当液压缸完成工作任务后，液压阀关闭，液压油停止流动。
此时，液压缸内部的油液需要迅速排出，以便为下次工作做好准备。
液压缸的排油管道通常与液压阀连通，通过液压阀的控制，油液可以迅速排出液压缸，恢复正常工作状态。
液压缸作为一种常用的液压装置，在工程机械、冶金设备、矿山机械、航空航天等领域有广泛的应用。
在工程机械中，液压缸常被用于起重机械、挖掘机、装载机等设备上。
例如，在挖掘机中，液压缸负责挖斗和臂架的伸缩，通过控制液压缸的伸缩来实现挖掘和运输物料的功能。
在冶金设备中，液压缸常被应用于冲床、压力机等设备。
液压缸可以提供大容量的力量，来实现对金属材料的压制、锻造等工艺。
在矿山机械中，液压缸常被应用于输送机、矿车等设备。
液压缸可以帮助设备实现平稳、高效的运输过程，提高工作效率。
在航空航天领域，液压缸常被应用于飞机起落架、襟翼等设备上。
液压缸可以提供强大的推力和拉力，在飞机降落和起飞的过程中起到重要作用。
总之，液压缸工作原理基于帕斯卡定律，利用液体的传力性质，实现机械设备的运动。
液压缸应用广泛，用于各种工程和工业领域，可以实现大力量、高效率的机械操作。
闭环控制系统的工作原理
闭环控制系统的工作原理
闭环控制系统是一种通过不断检测和修正输出与期望输出之间的差异来实现控制目标的系统。
它包括四个主要组成部分：传感器、控制器、执行器和反馈回路。
首先，传感器用于实时地检测被控对象的状态或输出参数，并将检测到的信息转化为电信号或其他形式的信号输出。
其次，控制器接收来自传感器的信号，并与预设的期望参考值进行比较。
通过对比两者的差异，控制器能够判断被控对象是否需要进行调整。
然后，控制器根据差异的大小和方向，计算出相应的控制信号并发送给执行器。
执行器将控制信号转化为能够控制被控对象的物理量或作用力，从而使被控对象实现所需的控制效果。
最后，反馈回路将执行器的输出值传递回传感器，形成一个闭合的反馈环路。
传感器通过检测反馈信号，并将其与预设值进行比较，继续向控制器提供差异信息。
控制器根据反馈信号的信息再次进行计算和调整，以实现对被控对象的实时控制。
通过不断地循环检测、比较和调整，闭环控制系统能够实时地跟踪和调整被控对象的状态，使其尽可能接近预设值，达到所需的控制效果。
闭环控制系统具有自我校正和适应性强的特点，能够应对外界环境变化和被控对象的非线性特性。
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闭环控制数字液压缸的结构及工作原理图4-41是一种闭环控制数字液压缸的结构原理图。
步进电动机1接到脉冲信号，其输出轴旋转一定的角度，旋转运动通过花键2、万向联轴器3、阀芯4传递给外螺纹5，外螺纹5和沉入缸外转轴7右端的内螺纹相互配合，内螺纹位置固定，在旋转作用下外螺纹带动阀芯发生轴向的移动。
数字液压缸采用负开口三位四通阀控制流量，阀口存在一定的死区，开始的几个脉冲产生的一小段位移并不能将P口处的高压油与A口或B口接通。
死区过后，步进电动机再旋转一定角度，在旋转作用下阀芯又发生一定的轴向位移。
如果阀芯向左移动，P口和A口连通，B口和T口连通，P口处的高压油通过A口流入液压缸的后腔。
后腔增压，空心活塞杆15向左运动，前腔的油经过B口、T口流回油箱。
空心活塞杆向左移动时，带动固定在空心活塞杆上的丝杠螺母14向左运动，滚珠丝杠13在轴向上不移动，丝杠与步进电动机旋向相反，带动缸内转盘11旋转。
后缸盖9两边的磁铁10相互吸引，使得缸外转盘8和缸内转盘11同时旋转相同的角度。
反向旋转运动通过这个机构被准确地传递到液压缸外。
缸外转轴7和缸外转盘8是一个整体，缸外转轴7和编码器6通过平键连接，沉入缸外转轴7右端的内螺纹和外螺纹5配合。
缸外转轴7反向旋转，外螺纹5向右移动，阀口关闭，一个步进过程结束。
控制流程如图4-42所示。
滚珠丝杠旋转的角度被平键连接于缸外转轴7上的编码器6检测到，此旋转角度和空心活塞杆15的位移对应，此信号传给以单片机为核心的控制系统，控制系统根据运行位移和速度要求，对步进电动机进行闭环控制。
阀芯的两端使用万向联轴器连接，不限制径向的小位移，防止阀芯被拉伤，同时保证轴向运动、旋转运动的双向传递。
数字液压缸在向前运动的同时不断关闭阀口，形成一个伺服控制系统。
和开环控制数字液压缸相比，该闭环控制数字液压缸的创新之处有以下两点。
第一，采用了光电编码器反馈的闭环控制系统，能对系统温度、压力负载、内泄及死区等因素的影响进行补偿，并进一步提高了控制精度。
当油液温度升高时，黏度降低，流动速度加快，在阀的开口大小一定的情况下，即步进电动机接收到的控制脉冲速度一定的情况下，液压缸的运动速度加快；使用闭环控制系统，可以设定一个速度值，如果使用光电编码器检测到的液压缸速度大于此速度，就减小对步进电动机的脉冲发送速度，如果使用光电编码器检测到的液压缸速度小于设定速度，就增加对步进电动机的脉冲发送速度，这样始终可以使数字液压缸的运动速度保持在设定值。
当压力负载增大时，缸体内外的油液压力差减小，油液的流动速度减小，再加上油液所受的压力增大，液体体积被压缩，这两个因素都会造成液压缸的运动速度降低。
这种误差可以通过在闭环控制系统中增大对步进电动机脉冲的发送速度来消除。
同样，如果出现内泄现象，在发送脉冲速度一定，即阀的开口大小一定的情况下，液压缸的运动速度也会降低，这种误差也可以在闭环控制系统中被灵活的补偿。
在开环控制数字液压缸中，步进电动机和滚珠丝杠之间部分的传动误差会对位移产生影响，三位四通控制阀的死区也会对开环控制数字液压缸的位移产生影响，若采用闭环控制系统就可以消除这些影响，这样，可以适当降低步进电动机和滚珠丝杠之间的各传动结构的精度，从而降低该部分的加工成本。
第二，通过使用磁耦合机构，既回避了旋转密封，同时又保证了旋转运动从缸体内部到缸体外部的准确传递。
磁耦合机构是指后缸盖两边内嵌磁铁的两个圆盘，它们在轴承的支撑作用和磁铁的吸引作用下，可以同时转动相同的角度。
无需透过后缸盖伸出杆件就可以将旋转运动传递出来。
对于精度要求不太高，传递转矩不太大的情况，这种结构完全可以满足使用要求。
当传递大动力或要求运动精度较高时，必须从后缸盖伸出杆件，将缸内的旋转运动传递出来，这就需要使用旋转密封圈进行良好密封，当然其价格就比较昂贵。
数字液压缸的典型结构根据液压伺服机构的不同，数字液压缸有滑阀伺服机构和螺纹伺服机构两种。
(1)滑阀伺服机构图6-30~图6-32均为滑阀伺服机构。
其中，图6-31是日本东京计器公司的数字缸，与图6—30相比，增设了一个平衡活塞4，其作用是防止空心活塞杆内腔的压力向右推螺杆，且将编码器装在缸头，使整体结构紧凑；图6-32是瑞士SIG 公司的LV系列数字缸，它用四通阀控制单杆液压缸，其最大工作压力达30MPa，标准缸径为40~200mm，最大行程为1200mm。
(2)螺纹伺服机构图6-33是德国力士乐公司的数字液压缸，它的伺服阀芯采用的是特殊结构，将阀芯台肩做成螺纹状，轴向固定不动。
这种螺纹伺服机构，是由图6-34a 所示的机，液伺服机构演变而来的，所不同的是螺纹伺服机构的阀芯是旋转的，因而采用螺纹阀芯，而一般阀芯是直线运动的，因而采用滑阀。
螺纹伺服机构的工作原理是：当螺杆阀芯随着步进电动机旋转，阀口3打开时，从缸体进入活塞杆腔的油液从阀口3、螺纹槽6进入活塞腔，活塞右移直至阀口3关闭，从而使活塞向右移动一位移。
步进电动机反转时，阀口3关闭而阀口7打开，活塞腔内的油液经螺纹槽6、阀口7、活塞杆排回油箱，活塞腔内压力降低，活塞向左随动，直至阀口7关闭为止。
实质是当阀芯随着步进电动机旋转时，p。
顺着螺纹槽与供油腔，或回油腔相通，压力油驱动活塞向右或向左运动。
活塞运动的同时，带动阀口与阀芯做相对运动，关闭阀口，实现反馈。
比较图6-34b和图6-33不难看出，螺纹伺服机构实质上就是三通阀控制差动缸的机一液伺服机构。
但精度是靠螺杆的精度来保证，因此螺纹的加工精度要求非常高。
此外，螺杆的径向液压作用力不平衡，还需从液压缸活塞杆前端接回油管，因此螺纹伺服机构不理想，而滑阀伺服机构应用较广。
数字液压缸的组成及工作原理核心提示：三通阀控缸式数字液压缸的结构原理图，它由步进电动机和液压放大器两部分组成。
步进电动机和液压力放大器之间，加设了减速齿轮图6-30是三通阀控缸式数字液压缸的结构原理图，它由步进电动机和液压放大器两部分组成。
步进电动机和液压力放大器之间，加设了减速齿轮。
液压力放大器是一个直接反馈式液压伺服机构，由控制阀、活塞缸和螺杆螺母反馈机构组成。
在指令输入脉冲作用下步进电动机的转动通过减速齿轮6减速后，作用于三通阀芯5，使之转动。
阀芯与螺杆4为一体，螺母3固联在活塞2上，此时活塞及反馈螺母不动，因此螺杆·螺母副的相对运动使阀芯产生向右的轴向位移，打开阀口。
数字液压缸的执行机构一般采用差动液压缸，其有杆腔作用着供油压力ps，无杆腔油压pc受三通滑阀式伺服阀控制。
当阀芯右移时，滑阀控制边a工作，pc与供油腔的阀口开大，液压油进入缸的右腔，由于Ac（活塞无杆腔面积）面积大于Ar（活塞有杆腔面积）（典型的差动缸此面积比Ar：Ac：1：2），pc>2/1ps，活塞向左移动，带动活塞杆外伸，在活塞向左移动的同时，同活塞联成一体的反馈螺母带动阀芯左移，减小阀开口，实现了直接位置负反馈，阀口关小，开口量又恢复到初始状态。
输入连续脉冲，则步进电动机连续旋转，活塞杆便随着外伸。
若输入负脉冲时步进电动机反转，则阀芯左移,滑阀控制棱边6工作。
pc腔与回油腔的阀口开启，活塞向右运动，活塞杆便向内缩。
螺杆为空心结构，以便将沿螺纹泄漏到活塞杆内腔的油引回油箱。
对于活塞面积比Ar：Ac=1：2的典型差动液压缸来说，空载下稳态时pc=2/1ps，则活塞处于平衡状态。
而活塞杆外伸运动时，伺服阀的滑阀控制棱边a为工作边。
活塞杆内缩运动时，棱边6为工作边，为使相同的脉冲频率下，活塞杆的伸缩速度相等，应使稳态下的Pc=2/1ps,以保证外伸或内缩时，阀口a或b上的压降相等，这时，如果活塞杆上始终存在着外负载力FL，为使稳态时pc=2/1ps,,则应取.一种新型数字伺服液压缸的设计与建模摘要:介绍了一种新型数字式伺服液压缸的结构、工作原理及其控制系统。
通过对其建立线性模型,并分析了静态刚度,稳定性等说明其相对于传统步进液压缸具有结构上的先进性、合理性和实用性。
数字伺服步进液压缸(简称数字缸)是一种典型的电液一体化控制元件,传统的数字缸由步进电机、液压滑阀、伺服液压缸和机械反馈机构等构成[1],步进电机通过弹性联轴节带动伺服阀阀芯转动,阀芯端部的螺纹在反馈螺母中转动,使阀芯产生轴向移动,阀口打开,压力油经伺服阀到液压缸使活塞移动,活塞的移动通过其内部的滚珠丝杠转化为反馈螺母的旋转运动,从而使阀芯回复原来位置。
一定的脉冲数相应于一定的活塞位移。
步进电机转向不同,则活塞移动方向相反。
这种数控步进缸结构复杂,滚珠丝杠成本高、伺服阀精度要求高,存在离散步进、响应速度慢、精度低、抗污染性差、价格贵、不能广泛应用于民用工业等缺点。
本文提出的数字伺服液压缸,采用双自由度原理设计,利用一种伺服螺旋机构,构成新的数字缸,它的结构工艺性好,转角小,能连续控制,并具有响应快、速度稳定性好和精度高等优点。
笔者从该数字缸的结构出发,建立了数字缸的数学模型,分析了其动静态特性及稳定性。
1工作原理与结构特点1.1工作原理数字伺服液压缸的结构如图1所示。
高压油Ps经可调节流阀(或调速阀)至控制活塞杆底部的工作腔PC,与活塞杆中心的回油孔相通,回油孔通流面积很大,小孔内压强可近似为零,油液从活塞杆上开设的两个轴对称小孔通过油缸内壁上开设三角形螺旋通油槽与低压回油腔(Pa=0)相通,该槽的一边与弓形回油孔构成可变弓形节流口,即活塞的转动改变了低压孔和螺旋槽之间的弓形节流面积,从而控制工作腔内的压力。
工作腔始终与高压流体相通,高压油的流量调节方便,可适应实际需要。
当控制信号输入,步进电机通过齿轮传动使活塞转动,此时弓形节流口面积关小,则油液流向工作腔,下腔内的压力增大,打破了原来的平衡关系,活塞向上移动,这样又逐渐使节流口面积增大,直到恢复为原来的值,工作腔内的压力亦减小至原平衡值、与高压腔和外载荷的向下推力相等,活塞重新达到一种平衡关系。
反之亦然。
这样步进电机输入一定转角,活塞就产生相应的位移。
1.2结构特点该数字伺服液压缸的结构特点如下:1)不但可由压差调节,而且可由改变节流口面积来调节,调节方便,能适应实际需要。
2)高压腔至工作腔(C腔)只经过一级节流,压差损失比较小,效率较高(图2)。
3)所有节流机构均为薄壁小孔,流量不受油温影响,速度稳定性较好。
4)螺旋三角槽开在活塞杆孔内,加工工艺虽有一定难度,但三角螺旋槽不起节流作用,只作通流作用,槽的截面尺寸精度要求不高,只要保证有足够的截面积和光顺的槽边即可,因此其加工难度可降低。
2数字缸的数学模型该数字式伺服液压缸的数学模型的建立方法和过程如下[2,3]:2.1静态数学模型根据数字伺服液压缸的机构原理图,可简化为阻力半桥表示如图2所示。
设回油压力恒为零,可得出描述数字伺服液压缸静态特性的基本方程如下:1).流量连续方程（1）（2）（3）2).活塞力平衡方程（4）其中（5）（6）由(1)、(2)、(3)、(4)得:（7）因此静刚度为:（8）其中:其中:q1—流经节流阀的流量,m3/s;q2—弓形孔的流量,m3/s;PS—系统的压力,Pa;PC0—工作腔的压力,Pa;FL—工作负载,N;AU、AD—活塞的上、下腔有效作用面积,m2;Cd—流量系数;As—阀口的面积,m2;A0—弓形回油孔口的面积,m2; r—回油口小孔半径,m;β—螺旋槽升角,度;h0—弓形孔(弦)高,m;、y0—活塞轴向位移变化量,m;θ0—活塞转角,rad;R—活塞控制杆半径,m。