3264.A SHPB實驗臺液壓加載系統(tǒng)設(shè)計

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1、 工業(yè)大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院(?？? 畢業(yè)設(shè)計 題 目SHPB實驗臺液壓加載系統(tǒng)設(shè)計 班 級_ 學(xué) 號 專 業(yè) 機械制造與自動化 姓 名__________ ___________ 指導(dǎo)教師__________ ____________ 2010年10月26日 摘 要 霍普金森壓桿(SHPB)實驗技術(shù)作為材料動態(tài)力學(xué)性能測試的有效手段,

2、廣泛地應(yīng)用于材料的動態(tài)力學(xué)性能研究。 本文系統(tǒng)地綜述了SHPB實驗技術(shù)的研究進(jìn)展,指出當(dāng)前存在的主要問題,并在此基礎(chǔ)上提出解決問題的基本思路與方法。通常的SHPB裝置實驗過程中，試件承受輸入桿軸向的沖擊載荷，而在其它兩個方向不承受負(fù)載，這與某些特殊情況下試件的工作狀態(tài)并不是完全適用的。本文在分析了液壓閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作原理和控制特點后，設(shè)計了伺服比例閥實時控制系統(tǒng)的具體方案。該系統(tǒng)硬件由壓力傳感器調(diào)制解調(diào)模塊、信號調(diào)理輸入模塊、AD采樣模塊、DA輸出模塊、功率輸出模塊、串行通訊模塊等組成，各個模塊之間相互獨立，彼此之間由軟件協(xié)調(diào)動作。 本文建立了電液壓力伺服系統(tǒng)和電液位移伺服系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。

3、基于這些數(shù)學(xué)模型，分析了電液壓力伺服系統(tǒng)系統(tǒng)的系統(tǒng)性能極其穩(wěn)定性。以Matlab/Simulink為工具，通過仿真研究，詳細(xì)分析了電液壓力伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定特性，及單位階躍響應(yīng)特性。 關(guān)鍵詞：霍普金森桿；液壓加載系統(tǒng)；伺服比例閥；閉環(huán)控制 目 錄 一．緒論……………………………………………………………………………………...1 二、SHPB裝置液壓加載系統(tǒng)………………………………………………………...1 （一）計算機控制系統(tǒng)………………………………………………..2 （二）電液比例控制系統(tǒng)……………………………………………..3 （三）軟

4、件設(shè)計………………………………………………………….5 （四）液壓缸加載部分設(shè)計…………………………………………..6 三、信號處理及接口電路…………………………………………………………….7 （一）壓力信號處理過程……………………………………………………...7 （二）位移信號處理過程……………………………………………………..8 （三）本章小結(jié)……………………………………………………………………11 四、控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型…………………………………………………………………11 （一）壓力閉環(huán)系統(tǒng)傳遞函數(shù)……………………………………………….11 （二）位移閉環(huán)系統(tǒng)傳遞

5、函數(shù)……………………………………………….14 （三）本章小結(jié)…………………………………………………………………….17 參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………………18 致謝……………………………………………………………………………………………...19 一、 緒論 SHPB實驗裝置的基本原型是Hopkinson在1914年提出的，它是測試瞬態(tài)脈沖應(yīng)力的第一種方法，僅可用于測量沖擊載荷的脈沖波形。Hopkinson壓桿本質(zhì)上是一種簡單的彈性桿，在桿的一端施加未知的壓力－時間載荷，產(chǎn)生一個彈性波在桿中傳播，彈性波通過試件時，使試件發(fā)生塑性

6、變形。通過正確的測試技術(shù)，應(yīng)用彈性波理論可以在桿的輸入端和輸出端記下擾動波的一些參量，由于壓桿保持彈性狀態(tài)，不僅可以測試施加的載荷，也可以測試桿端的位移。試件、桿和載荷之間可以有不同的位置安排。 1949年H.Kolsky將壓桿分成兩段，通過加速的質(zhì)量塊、短桿撞擊或炸藥爆炸產(chǎn)生加速脈沖，試件置于輸入桿和輸出桿中間，利用這一裝置可測量材料在沖擊載荷作用下的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系。H.Kolsky的工作是一項革命性的改進(jìn)，現(xiàn)代SHPB實驗裝置都是在其基礎(chǔ)上發(fā)展而來，所以霍普金森壓桿也稱之為H.Kolsky桿。典型的SHPB實驗裝置及其數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)如圖2所示。 當(dāng)槍膛中的打擊桿（子彈）以一定的速度撞擊

7、彈性輸入桿時，在輸入桿中產(chǎn)生一個入射脈沖εi，應(yīng)力波通過彈性輸入桿到達(dá)試件，試件在應(yīng)力脈沖的作用下產(chǎn)生高速變形，應(yīng)力波通過較短的試件同時產(chǎn)生反射脈沖εr進(jìn)入彈性輸入桿和透射脈沖εt進(jìn)入輸出桿。利用粘貼在彈性桿上的應(yīng)變片，記錄下應(yīng)變脈沖，計算材料的動態(tài)應(yīng)力、應(yīng)變參數(shù)。 二、SHPB裝置液壓加載系統(tǒng) SHPB裝置液壓加載系統(tǒng)壓力閉環(huán)自動控制系統(tǒng)是一個典型的機電一體化系統(tǒng)，其組成包括傳感器檢測與信號處理部分、計算機控制部分、伺服執(zhí)行部分、動力部分與機械結(jié)構(gòu)部分，其中控制核心為傳感檢測與信號處理部分、計算機控制部分、伺服執(zhí)行部分。 其組成如圖2-1所示。其中，傳感檢測與信號處理部分，位移傳感器選

8、用測試精度較高的磁致伸縮傳感器，該傳感器將直線位移轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖信號，通過檢測脈沖信號的數(shù)量即可得到加載液壓缸的運動位移，從而實現(xiàn)加載油缸的同步運動。壓力傳感器采用高精度的半導(dǎo)體壓力傳感器，檢測加載油缸的工作壓力，通過檢測反饋保證加載過程中壓力的恒定 計算機控制系統(tǒng)采用成熟可靠的PC總線工業(yè)控制機作為控制核心，根據(jù)要求除了基本系統(tǒng)外，還需要配置數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡應(yīng)該包括計數(shù)器/定時器模塊、A/D和D/A模塊等基本功能。 圖2．1 SHPB裝置液壓加載系統(tǒng)組成圖 伺服執(zhí)行部分選用電液比例控制系統(tǒng)，液壓控制系統(tǒng)對速度的調(diào)節(jié)有兩種方式：節(jié)流調(diào)速和容

9、積調(diào)速。擠壓機屬于大功率機械設(shè)備，但其正常工作時并不需要大的流量，只需要保持恒定壓力，因此建議采用節(jié)流調(diào)速。由于執(zhí)行元件是液壓缸，選用電液比例方向流量閥控制液壓缸，由液壓缸最后推動試件，給試件加載，加載的壓力由另外一個電液比例壓力控制，達(dá)到保持加載壓力恒定的目的。（一）計算機控制系統(tǒng) 一個機電一體化系統(tǒng)因其完成的任務(wù)不同，其機械結(jié)構(gòu)、運動規(guī)律、工作原理和完成的工藝過程都存在著千差萬別，但其實現(xiàn)計算機控制，實現(xiàn)機電液的有機結(jié)合，以及組成計算機控制系統(tǒng)有著共同之處。計算機控制系統(tǒng)包括硬件、軟件兩部分。硬件的組成一般如圖2-2所示，由四部分組成。 1、控制計算機 2、參數(shù)檢測和輸出驅(qū)動 3、

10、輸入輸出（I/O）通道 4、人機聯(lián)絡(luò)設(shè)備 圖 2．2 硬件組成圖 計算機控制系統(tǒng)的軟件由系統(tǒng)軟件和用戶軟件兩部分組成。系統(tǒng)軟件有計算機操作系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、用戶程序開發(fā)支撐軟件，如開發(fā)語言、編譯軟件、調(diào)試工具等。用戶程序是根據(jù)控制要求開發(fā)的控制程序。 對一個動態(tài)運行的液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行測試和控制，關(guān)鍵是提取和處理液壓系統(tǒng)中壓力、油缸位移等隨時間動態(tài)變化的物理量，而計算機是提取和處理這些信息的最好工具。因此，提出構(gòu)建以計算機為核心的測試系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，目的是能較高精度、較高靈敏度、較高效率的獲得壓力、油缸位移等參數(shù)的動態(tài)和靜態(tài)值。并能按實驗要求自動調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)的

11、負(fù)載壓力，還可以利用微機對于數(shù)據(jù)的處理能力，最大限度地消除測量的隨機誤差和系統(tǒng)誤差以及干擾，完成自動校正零點，自動顯示、輸出數(shù)據(jù)和曲線的功能。 SHPB液壓加載計算機控制系統(tǒng)由計算機、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和傳感器組成。將加載油缸壓力、油缸位移等信號檢測后，A/D轉(zhuǎn)換后，輸入計算機，根據(jù)現(xiàn)場輸入的控制壓力值，利用計算機將控制信號發(fā)送給比例放大器，從而驅(qū)動電液比例壓力閥，控制液壓系統(tǒng)輸出壓力，保持加載油缸的輸出壓力恒定。同時，計算機控制系統(tǒng)能夠?qū)⒓虞d油缸的壓力和位移等信號及時顯示，并存儲。 （二）電液比例控制系統(tǒng) 1、控制系統(tǒng)液壓回路設(shè)計 伺服執(zhí)行部分選用電液比例控制系統(tǒng)，SHPB

12、加載系統(tǒng)采用節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)作為主回路。由于執(zhí)行元件是液壓缸，需要一個電液比例方向流量閥控制液壓缸的唯一控制回路。另外，系統(tǒng)的主要控制參數(shù)是加載缸的壓力，其加載壓力的控制由電液比例溢流閥完成，達(dá)到控制并保持加載缸輸出壓力恒定的目的。 圖2．3 SHPB加載液壓控制系統(tǒng)液壓回路 SHPB加載液壓控制系統(tǒng)液壓回路如圖2-3所示。該系統(tǒng)有壓力控制主回路和油缸位移控制同步回路兩部分組成。但其壓力控制系統(tǒng)的核心是電液比例溢流閥控制回路，計算機控制系統(tǒng)也是通過該控制回路控制加載缸的輸出壓力，再達(dá)到控制試件的加載恒定的目的。 由電液比例方向流量閥控制的油缸位移控制系統(tǒng)，一

13、方面實現(xiàn)加載缸的同步運動，另一方面可以控制和檢測在沖擊過程中位移的變化情況。 2、傳感檢測與信號處理 SHPB液壓加載控制系統(tǒng)是一個壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)，因此必須要檢測擠壓缸的輸入壓力，通常壓力傳感器輸出的是模擬信號，經(jīng)過信號調(diào)理后，經(jīng)過數(shù)據(jù)采集卡輸入計算機進(jìn)行處理。其信號處理流程如圖2-4所示。 圖2．4 信號處理流程圖 3、液壓缸設(shè)計 液壓缸是液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，它是把液壓的壓力能轉(zhuǎn)換成直線式機械能的能量轉(zhuǎn)換裝置。液壓缸結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，在液壓系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。液壓缸按其結(jié)構(gòu)形式，可分為活塞缸和柱塞缸?；钊?/p>

14、缸和柱塞缸的輸入為壓力和流量，輸出為推力和速度；按其作用方式，分為但作用式和雙作用式兩大類。單作用式液壓缸只利用液壓力推動活塞向一個方向運動，而反向運動則依靠重力或彈簧力等實現(xiàn)。雙作用式液壓缸，其正反兩個方向的運動都依靠液壓力來實現(xiàn)。 本系統(tǒng)采用單桿活塞缸，試件為50mm*50mm*50mm的正方體，其受壓力面積為50mm*50mm，最大加載壓力為100MPa，其作用力為:F=PA=100*106*50*10-3*50*10-3=250000(N)。 可以取油缸活塞直徑為120mm，此時，需要提供的液壓壓力為22.11MPa，當(dāng)正常加載50MPa時，需要提供的液壓壓力為11.06MPa，可

15、以滿足要求。 液壓加載系統(tǒng)主要是控制壓力，油缸的位移和速度并不是很重要，但考慮到實驗效率，其夾緊試件的過程不應(yīng)太長，油缸的行程約200mm，應(yīng)該在60秒內(nèi)完成，需要的流量為9L/min。 4、液壓源 根據(jù)負(fù)載分析，液壓油源最大需要輸出壓力為22.11MPa，流量為9L/min，因此需要選擇柱塞泵。 其油源系統(tǒng)的原理圖如圖2-5所示。 圖2．5 油源系統(tǒng)的原理圖 （三）軟件設(shè)計 圖2．6 軟件流程圖 如上所述，SHPB液壓加載系統(tǒng)只是SHPB的一個組成部分，其主要是為了SHPB實驗提供外載荷，

16、因此，其工作是SHPB實驗的準(zhǔn)備。主要包括兩個過程，一是油缸夾緊試件，二是給試件加載，并保持在實驗過程中壓力恒定。前一個過程主要是電液比例方向流量閥工作，后一個過程是電液比例溢流閥工作。 前一個工作流程是順序工作的，其控制程序包括以下幾個部分。 位移信號的數(shù)據(jù)采集：這部分程序包括數(shù)據(jù)采集卡模擬模塊的初始化、位移信號的采集與顯示。 電液比例方向流量閥工作：加載系統(tǒng)有多個油缸，它們都是由電液比例方向流量閥控制其運動方向和運動速度及位移的。 試件夾緊：系統(tǒng)多個油缸運動到位后，將試件夾緊在固定位置。 試件加載過程是一個動態(tài)過程，尤其是在試件被沖擊的時刻，要求壓力補償及時，此時壓力的變化由電液

17、比例溢流閥控制，對于此過程控制軟件一般由初始化、實時數(shù)據(jù)采集、實時判斷決策和實時控制決策等部分組成，其流程如圖2-6所示。 其中： 實時數(shù)據(jù)采集：對來自測量變送裝置的被控量的瞬時值進(jìn)行檢測和輸入。 實時判斷決策：對采集到的被控量進(jìn)行分析和處理，并按已定的控制規(guī)律,決定將要采取的控制行為。 實時控制決策：根據(jù)控制決策，適當(dāng)?shù)貙?zhí)行機構(gòu)發(fā)出控制信號，完成控制任務(wù)。 （四）液壓缸加載部分設(shè)計 SHPB實驗的目的是得到試件材料的動態(tài)應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系，實驗結(jié)果是獲得試件材料的原始波形和各種情況下的應(yīng)力－應(yīng)變曲線。因此，對試件材料進(jìn)行加載的方法不同，得到的實驗結(jié)果也會有區(qū)別，根據(jù)不同情況提出以下

18、幾種加載方法供選擇。 1、液壓缸剛性加載 此種方法是液壓缸直接加載通過剛性材料與試件接觸，將液壓缸的加載力施加到試件上，由于與試件接觸的是剛性材料，沖擊過程中試件的變形將受到限制，此種加載方式適用于試件材料較硬的情況。如圖2-7所示。 圖2．7 直接加載方式圖 2、液壓缸通過橡膠襯墊加載 為了讓加載缸不限制試件的變形，也可以在加載油缸與試件間放一個相對較軟的材料，如橡膠襯墊，這樣加載缸的硬度對試件的變形影響就較小了，如圖2-8所示。 圖2．8 橡膠襯墊加載方式圖 3、通過密封流體加載 為了讓加載缸不限制試件的變形，還可以在加載缸與試件間放一個

19、不限制試件變形的流體材料，如密封的固體粉末，這樣加載缸的硬度對試件的變形影響就很小了，如圖2-9所示。 當(dāng)然，也可以在加載油缸與試件間放一個不限制試件變形的流體材料，這樣加載缸的硬度對試件的變形影響就很小了，如圖2-10所示。 圖2．9 密封流體加載方式圖 圖2．10 密封流體加載方式圖 這種方法從原理上是可行的，在實際中，怎樣實現(xiàn)液體的密封式一個問題。4、密封液體壓力加載 將試件需要加載的四個面用密封的液壓油包裹起來，通過改變液壓油的壓力，實現(xiàn)對時間的加載，也是一種方法。此方法不需要使用液壓缸，只要有液壓源即可，通過電液比例溢流閥來控制加載壓力。如圖2-11

20、所示。 圖2．11 密封液體壓力加載 這種方法的難點也在于怎么實現(xiàn)液體的密封，需要經(jīng)過詳細(xì)的設(shè)計與實驗進(jìn)行驗證。 三、信號處理及接口電路 （一）壓力信號處理過程 1、壓力信號處理電路基本組成 SHPB液壓加載控制系統(tǒng)是一個壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)，因此必須要檢測擠壓缸的輸入壓力，通常壓力傳感器輸出的是模擬信號，經(jīng)過信號調(diào)理后，經(jīng)過數(shù)據(jù)采集卡輸入計算機進(jìn)行處理。其信號處理如圖3-1所示： 壓力傳感器 壓力傳感器 運

21、算放大器 運算放大器 濾波器 濾波器 數(shù)/模 轉(zhuǎn)換器 采樣/保持電路 數(shù)據(jù)采集卡 計算機接口 圖3．1 信號處理圖 （二）位移信號處理過程 1、位移信號處理電路基本組成 傳感器輸出的脈沖信號首先經(jīng)過放大器，放大為1-5V的脈沖信號，該脈沖信號的波形可能是不規(guī)則的，需要在經(jīng)過整形電路，整理后成為標(biāo)準(zhǔn)的脈沖信號，對于正反兩個方向運行的情況，還需要變向電路，送到計數(shù)器里，可數(shù)出脈沖的數(shù)量。 傳感器 放大器 整形電路 細(xì)分電路 計數(shù)器 存儲器 計算器 顯示、執(zhí)行機構(gòu) 變向電路 圖3．4 位移傳感器輸出脈沖信號處理

22、 2、傳感器工作原理 磁致伸縮位移（液位）傳感器，是利用磁致伸縮原理、通過兩個不同磁場相交產(chǎn)生一個應(yīng)變脈沖信號來準(zhǔn)確地測量位置的。測量元件是一根波導(dǎo)管，波導(dǎo)管內(nèi)的敏感元件由特殊的磁致伸縮材料制成的。測量過程是由傳感器的電子室內(nèi)產(chǎn)生電流脈沖，該電流脈沖在波導(dǎo)管內(nèi)傳輸，從而在波導(dǎo)管外產(chǎn)生一個圓周磁場，當(dāng)該磁場和套在波導(dǎo)管上作為位置變化的活動磁環(huán)產(chǎn)生的磁場相交時，由于磁致伸縮的作用，波導(dǎo)管內(nèi)會產(chǎn)生一個應(yīng)變機械波脈沖信號，這個應(yīng)變機械波脈沖信號以固定的聲音速度傳輸，并很快被電子室所檢測到。由于這個應(yīng)變機械波脈沖信號在波導(dǎo)管內(nèi)的傳輸時間和活動磁環(huán)與電子室之間的距離成正比，通過測量時間，就可以

23、高度精確地確定這個距離。由于輸出信號是一個真正的絕對值,而不是比例的或放大處理的信號,所以不存在信號漂移或變值的情況,更無需定期重標(biāo)[13]。 3、整形電路 位移傳感器輸出的是脈沖信號，因此我采用普通的門電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器對脈沖信號進(jìn)行整形。施密特觸發(fā)器是一種能夠把輸入波形整形成為適合于數(shù)字電路需要的矩形脈沖的電路。 圖3．5 施密特觸發(fā)器邏輯電路與工作波形 圖3．6 傳輸特性 脈沖整形。將不規(guī)則的電壓波形整形為矩形波。若適當(dāng)增大回差電壓，可提高電路的抗干擾能力。圖(a)為頂部有干擾的輸入信號，圖(b)為回差電壓較小的輸出波形， 圖(c

24、)為回差電壓大于頂部干擾時的輸出波形。 圖3．7 波形處理圖 4、辯向細(xì)分電路 （1）細(xì)分的原因 測量電路通常采用對信號周期進(jìn)行計數(shù)的方法實現(xiàn)對位移的測量，若單純對信號的周期進(jìn)行計數(shù), 則儀器的分辨力就是一個信號周期所對應(yīng)的位移量。為了提高儀器的分辨力，就需要使用細(xì)分電路。 （2）細(xì)分的原理 根據(jù)周期性測量信號的波形、振幅或者相位的變化規(guī)律，在一個周期內(nèi)進(jìn)行插值，從而獲得優(yōu)于一個信號周期的更高的分辨力。 & & & & & & & & UO1 DG5 UO2 DG10 R1

25、 & & 1 & & 1 1 A 1 DG1 C1 R2 DG2 C2 DG4 DG8 R3 C3 C4 DG9 R4 DG6 A A B B B B B A A A A ≥1 B B B A A A A B B B ≥1 A A B B 圖3．8 單穩(wěn)四細(xì)分辨向電路 （3）四

26、細(xì)分辯向電路 輸入信號：具有一定相位差(通常為90)的兩路方波信號。 細(xì)分的原理：基于兩路方波在一個周期內(nèi)具有兩個上升沿和兩個下降沿，通過對邊沿的處理實現(xiàn)四細(xì)分。 辨向：根據(jù)兩路方波相位的相對導(dǎo)前和滯后的關(guān)系作為判別依據(jù)。 波形處理圖如圖3-9 A B A B Uo1 Uo2 圖3．9 波形處理圖 （三）本章小結(jié) 本章通過設(shè)計相關(guān)的電路，主要完成壓力信號與位移信號的采集，在此基礎(chǔ)上完成控制系統(tǒng)的反饋環(huán)節(jié)。 四、 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 （一）壓力閉環(huán)系統(tǒng)傳遞函數(shù) 1、壓力控制系統(tǒng)原理圖: 圖4．1 液壓控制原理 2、電

27、液比例溢流閥的傳遞函數(shù)[15]： 圖4-2 電液比例溢流閥的傳遞函數(shù)圖 參數(shù)計算公式如下： （4-1） （4-2） （4-3） （4-4）

28、（4-5） （4-6） （4-7） （4-8） （4-9） （4-10） （4-11） 3、傳感器增益 由于壓力傳感器

29、的頻寬要比系統(tǒng)頻寬高的多，通常可以近似為比例環(huán)節(jié)。所以，壓力傳感器的傳遞函數(shù)為： （4-12） 4、伺服放大器增益 伺服放大器的頻帶一般較寬，因此，可視為比例環(huán)節(jié)。其傳遞函數(shù)為 (5-13) 5、液壓缸傳遞函數(shù) 液壓缸的頻帶一般較寬，因此，可視為比例環(huán)節(jié)。其傳遞函數(shù)為 (5-14) 根據(jù)系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)可以建立如圖所示的系統(tǒng)方框圖4-3。 圖4-3 系統(tǒng)

30、方框圖 根據(jù)圖可以寫出系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 (4-15) (4-16) 其向前通道傳遞函數(shù) （4-17） 閉環(huán)傳遞函數(shù)： （4-18） （二）位移閉環(huán)系統(tǒng)傳遞函數(shù) 1、位移控制系統(tǒng)原理圖: 圖4．4 液壓控制原理圖 2、電液伺服閥的傳遞函數(shù) 電液伺服閥的傳遞函數(shù)在系統(tǒng)中究竟用什么典型環(huán)節(jié)來近似表示，可根據(jù)其在系統(tǒng)中使用情況決定。當(dāng)伺服閥的頻寬遠(yuǎn)大于液壓固有頻率時，可近似看成比例環(huán)節(jié)；當(dāng)伺服閥的頻寬

31、大于液壓固有頻率時，可近似看成慣性環(huán)節(jié)；當(dāng)伺服閥的頻寬與液壓固有頻率相近時，一般近似為二階振蕩環(huán)節(jié)。本文選用二階振蕩環(huán)節(jié)表示電液伺服閥的傳遞函數(shù)[16]，即 (4-19) 3、伺服放大器增益 伺服放大器的頻帶一般較寬，因此，可視為比例環(huán)節(jié)。其傳遞函數(shù)為： (4-20) 4、位移傳感器增益 由于壓力傳感器的頻寬要比系統(tǒng)頻寬高的多，通?？梢越茷楸壤h(huán)節(jié)。所以，壓力傳感器的傳遞函數(shù)為： (4-21) 5、液壓缸傳

32、遞函數(shù) 液壓缸的頻帶一般較寬，因此，可視為比例環(huán)節(jié)。其傳遞函數(shù)為 (4-22) 6、動力機構(gòu)的傳遞函數(shù)及其簡化 對稱閥控非對稱液壓缸的三個基本方程分別為： （1）經(jīng)過線性化處理后的負(fù)載流量特性方程為 (4-23) （2）非對稱液壓缸的流量連續(xù)性方程為 (4-24) （3）輸出力與負(fù)載力的平衡方程為 （4-25） 他們完全描述了閥控液壓缸的動態(tài)特性。三式的Laplace變換式為

33、 （4-26） （4-27） （4-28） 由5-28式解得 （4-29） 將式4代入式4-27和式4-26并整理，可以求得閥芯輸入位移和外負(fù)載力同時作用時液壓缸活塞的總輸出位移為 (4-30) 對該式進(jìn)一步化簡得： (4-31) 從而，活塞位移對閥芯位移輸入的傳遞函數(shù)為

34、 (4-32) 活塞位移對外負(fù)載力輸入的傳遞函數(shù)為 （4-33） 通常，液壓缸以流量為作為輸入。因此，可將式（2.33）改寫為活塞位移對伺服閥的負(fù)載流量的傳遞函數(shù)為 （4-34） 7、位移控制系統(tǒng)傳遞函數(shù) 根據(jù)系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)可以建立如圖所示的系統(tǒng)方框圖。 圖4-5 系統(tǒng)方框圖 根據(jù)圖可以寫出系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 （4-35）

35、（4-36） 其向前通道傳遞函數(shù) （4-37） 閉環(huán)傳遞函數(shù)： （4-38） （三）本章小結(jié) 建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的目的在于對系統(tǒng)的性能進(jìn)行定量分析，以了解系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)是否滿足要求。本章重點分析比例溢流閥稱缸液壓動力機構(gòu)的傳遞函數(shù)和比例流量閥稱缸液壓動力機構(gòu)的傳遞函數(shù)，建立伺服系統(tǒng)的簡化模型。 參考文獻(xiàn) [1] .馮明德,彭艷菊,劉永強,牛海成,李然 .SHPB實驗技術(shù)研究 . 地球物理學(xué)進(jìn)展 . 2006,3(頁碼:273～278) [2] .常列珍 . SHPB實驗技術(shù)應(yīng)注意的幾類問題 . 科技

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