V138数控立式车床液压系统的设计与研究

论文摘要

数控立式车床主要用于加工直径大、长度短的大型、重型工件和不易在卧式车床上装夹的工件。本文结合宁波海天有限公司V138数控立式车床液压系统设计的实际课题,设计了主机所需要的液压传动系统,不但对其中的元件进行了选型,而且进行了结构设计。并重点针对传统的车床顶尖系统传动效率低与应用液压传动系统冲击大等问题,充分应用现代电液比例技术的成果,对传统的车床顶尖应用电液比例方向阀控制顶尖油缸的输出速度,并应用压力控制顶尖油缸的最终位置,不但最大程度地减小了顶尖与工件接触的冲击力,而且提高了顶尖油缸的传动效率和自动化率。针对阀控液压缸的特点,运用传递函数方法在阀口正负两个方向上分别建立了顶尖油缸液压控制系统的数学模型,该模型不仅能准确地体现系统的动态特性,而且也为获得系统的准确参数提供了理论依据。为进一步改进和完善系统,必须对系统的传递函数进行性能分析。分别利用传统的MATLAB/Simulink软件和液压仿真专用软件DSHplus以及以上二者的联合实现系统仿真,仿真后得到了反映系统动态特性的曲线,并分析了仿真结果。针对在系统仿真中发现的系统不稳定等问题,引入了PID控制器,分别研究了应用传统方法整定PID参数和基于幅值裕度和相位裕度采用继电反馈算法进行PID参数整定的方法,两种参数整定的方法都满足了使用要求,相比之下,继电反馈算法整定PID控制器的控制效果更好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 数控立式车床简介
• 1.1.1 车床的发展历史
• 1.1.2 数控车床国内外发展状况
• 1.2 电液比例技术的研究现状
• 1.2.1 电液比例技术的形成和发展
• 1.2.2 电液比例控制系统的特点
• 1.2.3 电液比例系统建模与仿真的研究状况
• 1.2.4 控制策略在电液比例技术中的应用
• 1.3 课题研究的目的和意义
• 1.4 论文的主要内容
• 第2章 液压系统设计及系统构成
• 2.1 V138数控立式车床简介
• 2.2 V138数控立式车床液压系统的设计
• 2.2.1 V138数控立式车床液压站的设计
• 2.2.2 V138数控立式车床液压系统外置阀组的设计
• 2.3 V138数控立式车床液压系统主要静态参数估算
• 2.3.1 已知技术参数
• 2.3.2 液压系统各支路所需的压力和流量的计算
• 2.4 液压系统主要元件的选型
• 2.4.1 液压泵的选取
• 2.4.2 电机的选取
• 2.4.3 蓄能器的选取
• 2.4.4 比例阀的选取
• 2.4.5 其他液压元件的选取
• 2.5 阀块三维设计
• 2.6 电气控制系统设计
• 2.6.1 顶尖油缸运动分析
• 2.6.2 顶尖油缸控制系统部件的选择
• 第3章 液压系统的建模与仿真分析
• 3.1 液压系统建模与仿真简介
• 3.2 系统数学模型的建立
• 3.2.1 液压缸一负载系统固有频率的估算
• 3.2.2 确定系统主要环节参数
• 3.2.3 比例阀的传递函数的确定
• 3.2.4 液压缸的传递函数的确定
• 3.2.5 顶尖油缸速度控制系统的开环传递函数
• 3.3 液压系统性能分析
• 3.3.1 衡量系统特性的控制指标
• 3.3.2 稳定性分析
• 3.3.3 系统的阶跃响应
• 3.4 液压系统在DSHplus中建模与分析
• 3.4.1 DSHplus软件简介
• 3.4.2 在DSHplus中建模仿真
• 3.4.3 Matlab/Simulink与DSHplus的联合仿真
• 第4章 控制策略的研究
• 4.1 PID控制
• 4.1.1 PID控制原理
• 4.1.2 PID控制器各校正环节对系统性能的影响
• 4.1.3 PID参数整定理论概述
• 4.1.4 PID控制器的参数整定
• 4.1.5 PID控制后系统仿真结果
• 4.2 继电反馈控制
• 4.2.1 继电反馈算法简介
• 4.2.2 继电反馈辨识原理及方法
• 4.2.3 基于幅值裕度和相位裕度的PID自整定原理
• 4.2.4 基于继电反馈的系统联合建模
• 4.2.5 基于继电反馈的PID参数整定与仿真
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录一 液压系统元件清单
• 附录二 系统参数辨识与PID整定M函数