1、第一章 緒論1.1題目概述由原題目數據可畫出系統方框圖：技術參數和設計要求：1 p25%; ts0.25s; 2速度信號V=0.5m/min時，誤差e(t)0.05mm; 1 .2旋壓機電液伺服系統背景簡介旋壓技術是先進制造技術的重要組成局部,是局部連續塑性成形工藝,屬于回轉成形范疇,主要用于形成薄壁空心回轉體零件。該技術廣泛應用于航空航天、火箭、導彈、兵器等軍事工業和通用機械、汽車等民用工業中。旋壓機的仿形系統對旋壓加工產品的質量及加工精度的影響至關重要。大型立式強力旋壓機采用的是電液仿形技術,其液壓系統包含了旋輪座縱向和橫向液壓系統、輔助系統等主要系統。旋輪座橫向電液伺服系統和縱向電液伺服

2、系統組成了旋輪座仿形系統,該系統利用電液比例伺服閥控制液壓油缸活塞桿的位移量,并通過按加工精度要求輸入預定變化規律的控制信號來實現對位移量的精確控制,從而到達所要求的加工精度。采用電液比例伺服控制技術不僅改善了系統的控制性能,而且大大簡化了液壓系統,降低了費用,同時還提高了系統的可靠性。 旋壓技術，也叫金屬旋壓成形技術，是通過旋轉使工件受力點由點到線由線到面，同時在某個方向給予一定的壓力使金屬材料沿著這一方向變形和流動而成形為某一形狀的技術。旋壓成形過程是將金屬板料或空心零件的毛坯固定在旋壓機的芯模上，在毛坯隨機床轉動同時，用旋輪將毛坯逐點壓下，使其形狀或者壁厚發生局部連續塑性變形，從而制成所

3、需的產品的成形過程。可以生產更接近最終形狀(凈性)的金屬零件。這里，金屬材料必須具有塑性變形或流動性能，旋壓成形也不等同于塑性變形，它是集塑性變形和流動變形的復雜過程，特別需要指出的是，我們所說的旋壓成形技術不是單一的強力旋壓或普通旋壓，它是兩者的結合。強力旋壓用于各種筒、錐體異形體的旋壓成型殼體的加工技術，是一種比擬老的成熟的方法和工藝，也叫滾壓法。旋壓是綜合了鍛造、擠壓、拉伸、彎曲、環壓、橫軋和滾壓等工藝特點的少無切削加工的先進工藝。它通常被認為只能成形軸對稱回轉體零件，而近年來所開展的三維非軸對稱零件旋壓技術研究說明，旋壓已突破其原有的理論范疇及加工范圍。旋壓件的根本形狀大致可分為圓筒形

4、、圓錐形、凹形、凸形、管形、階梯形、縮口形等，還有由這些形狀組成的復合形狀。旋壓加工具有設備簡單、節省原材料、本錢低廉和產品質量高等優點。陶瓷的制坯工藝可能為金屬旋壓提供工藝雛型。在我國早在三千五百年至四千年前的殷商時代，就會應用陶輪或陶車制作陶坯(例如罐、壺和盤等容器、器皿、裝飾品)，后來又在十世紀初期創造金屬旋壓工藝，并且將有色金屬薄板(如金、銀、錫和銅等)制成空心件如:精美的銀碗、銀碟等器皿。一直到十三世紀，金屬旋壓技術才傳播到英國，其后將近五百多年，在1840年左右，才由約旦傳播到美國和歐洲各國。強力旋壓技術是直到上個世紀五十年代才從普通旋壓技術的根底上開展起來的。最早是在瑞典、德國被

5、用于民間工業，到1953年美國的普拉特惠特尼公司和洛奇西普來機床廠合作才制成了三臺旋壓機床，初次成功將這種技術應用到航空工業中。由于旋壓工藝的先進性、經濟性和實用性，且該工藝具有變形力小，節約原材料等特點，近四十多年來，國外工業興旺國家的金屬旋壓工藝技術有了飛躍的開展，日趨成熟。其主要標志為:金屬旋壓設備己經定型，工藝流程比擬穩定，產品多種多樣，應用日益廣泛。目前世界上在強力旋壓技術的開展和應用上，美國和德國居于領先水平，其工藝已經成熟，設備己系列化、性能最為先進。近幾年西班牙又異軍突起，其他國家在強力旋壓的探討和應用上正在開展。目前，強力旋壓技術日趨成熟，己經成為金屬壓力加工中的一個新的領域

6、我國是在六十年代起步，七十年代進行了大范圍推廣試用，對強力旋壓工藝已有了一定的掌握并有一些創新，也研制了一定數量的旋壓機，參加WTO后，國外各企業紛紛到國內尋找商機，將中國視為他們的加工基地和零部件供給的合作者，加上國內積極擴大需求，因此國內旋壓產品近兩年呈現一片繁榮景象。大型立式強力旋壓機的液壓系統包含了，旋輪座縱向和橫向液壓系統、輔助系統等主要液壓系統，其中輔助液壓系統包括平衡系統、旋輪自轉系統、卸料系統等。由旋輪座橫向電液伺服系統和縱向電液伺服系統組成的旋輪座仿形系統對旋壓產品的質量、加工精度至關重要，因此本論文重點討論這兩個系統。這兩個系統用的是電液比例伺服閥控制液壓油缸活塞桿的速度和

7、位移量，通過輸入按加工精度要求預定變化規律的控制信號，可以實現對位移量的精確控制，從而到達所要求的加工精度。采用電液比例伺服控制技術不僅改善了系統的控制性能，而且大大簡化了液壓系統，降低了費用，同時還提高了系統的可靠性。在比例伺服閥問世以前，電液伺服系統的液壓缸控制閥采用比例閥或伺服閥。這兩種閥都是把來自數控系統的電器控制信號轉換成伺服驅動液壓缸的油液流量控制信號，從而控制液壓缸的移動速度或者位移。比例閥本身沒有閥芯位置反應，是一個開環環節，而伺服閥帶有閥芯位置反應，是一個閉環環節，因而比例閥的控制精度沒有伺服閥高，但是比例閥對油液質量的要求比伺服閥低。對于數控旋壓機來說，使用比例閥精度不夠高

8、，而使用伺服閥又使油液維護困難，故障率高。第二章 人工設計2.1處理數據設計滿足穩態誤差要求的未校正系統的開環頻率特性數據 V=0.5m/mine(t)0.05mm需經過變換，成為國際單位制V=1120m/se(t)0.05×10-3m假設要求e= Vkv = 1120kv0.05×10-3m,那么需要滿足kv1120120×10-3=166.67按性能指標要求試取 kv=200那么： G0(s)=200s(s22502+2×0.51250s+1)做出G0(s)的Bode圖，如下所示由計算得知，原系統剪切頻率wc0=217 rads 相角裕度0=15.4

9、。計算系統設計要求的相角裕度系統要求超調量 p25%有兩組經驗公式可供借鑒：1 p=0.16+0.4(1sin 1) ; 2p=100Mr-1%50Mr-1%均可求得 Mr=1sin=1.25即 =53.13°(滿足經驗公式適用范圍)計算系統設計要求的剪切頻率wc由于 1Mr1.8，可以使用下述經驗公式： wc=ts2+1.5Mr-1+2.5Mr-12=31.81rad/s原系統參數及預定要求的參數比照比照原系統參數及預定要求的參數結果如下：未經校正的系統wc0=217 rads0=15.4系統設計要求即校正后系統wc=31.81rad/s=53.13°2.2為系統設計校正

10、環節確定校正方法比照分析得知，此時的系統是在原系統滿足穩態誤差的設計要求后，相角裕度不滿足設計要求，而剪切頻率wc遠大于設計要求，符合串聯遲后校正的使用條件，因此采用串聯遲后校正。注：串聯遲后校正的適用條件：系統剪切頻率遠大于目標剪切頻率，而相角裕度遠小于目標值甚至出現負值時，使用串聯遲后校正會犧牲剪切頻率來大幅增大相角裕度使其到達目標相角裕度。對系統進行串聯遲后校正此次校正之后的目標是將剪切頻率降低到希望剪切頻率，而相角裕度有較大提升，以完成既定任務。按照串聯遲后校正的規定步驟進行校正： 1在G0'jw的相頻特性找出如下頻率：G0'jw=-180+=-180+53.13+10

11、=-116.87°這一點所對應的頻率將作為校正后的剪切頻率。 2在G0'jw的幅頻特性上找到wc所對應的幅值20lg|G0'jw|。在Bode圖上找到G0'jw=-116.87°處，有wc1'=35rads3為使校正后在wc的幅頻特性為0dB,應有20log=20lg|G0'jc|20log=15.2求出校正環節=5.7544 4為了減小串聯遲后校正對系統相角裕度的影響，要求校正環節wc處的遲后相移在5°-10°以下。確定校正環節參數和T=10wc1'=0.2857T=1.6445確定串聯遲后環節的傳遞函數

12、為：Gcs=200×（0.2857s+1）1.644s+16畫出校正環節的Bode圖如下：2.2.3 校正結果分析經此前一步串聯遲后校正，系統整體的Bode圖如下：從圖中可看出，同時經過手工計算，得知滿足系統預定性能指標要求。第三章 計算機設計3.1 Simulink仿真框圖3.2系統串聯校正裝置后的Bode圖3.3階躍響應曲線3.4性能指標要求的其他曲線有關調整時間ts取到達穩態值5%范圍內的某一點，時間為0.238s,小于規定要求的調整時間0.25s，證明調整時間的設計滿足預期要求。有關超調量p當階躍響應曲線峰值到達1.25時，p=25%，由此曲線可以看出，峰值高度遠不及1.25

13、，其超調量p<25%，滿足題目技術要求。有關穩態誤差e(t)當速度信號V=0.5m/min時，穩態誤差如下圖，放大后取某點進行計算， e(t) = 0.01mm 0.05mm滿足設計技術要求。綜合所有圖進行分析，由計算機分析得知，串聯校正后的系統滿足所有預定性能指標參數。第四章 校正裝置電路圖串聯遲后校正裝置電路的傳遞函數為：Gcs=Kcs+1Ts+1=200×（0.2857s+1）1.644s+1其中 =R1C1=0.2857 T=R2C2=1.644Kc=R2R1R4R3=200可繪制串聯遲后校正裝置電路原理圖： 第五章 設計總結5.1設計結論本系統的校正利用頻率特性進行。

14、原性能指標對超調量和調整時間及穩態誤差有要求，利用一些經驗公式將這些指標變換成相角裕度和剪切頻率進行比照。在滿足穩態誤差的設計要求后，相角裕度不滿足設計要求，而剪切頻率wc遠大于設計要求，采用串聯遲后校正方法對系統進行校正。使用一次串聯遲后校正即可很好解決原問題，犧牲剪切頻率換取了所需的相角裕度，且兩個指標都很圓滿到達了預定要求，經換算，超調量，調整時間和穩態誤差也均滿足指標要求，且通過MATLAB仿真證實設計的準確合理，不需其他校正環節，省去了其余的工作量，也使系統簡單可靠。5.2設計后的心得體會其一，溫故而知新。課程設計發端之始，思緒全無，舉步維艱，對于理論知識學習不夠扎實的我深感“書到用

15、時方恨少，于是溫故而知新，重拾上學期的自動控制原理教材，對知識系統而全面進行了梳理，遇到難處先是苦思冥想再向同學請教，終于熟練掌握了根本理論知識，而且領悟諸多平時學習難以理解掌握的較難知識，學會了如何思考的思維方式，找到了設計的靈感。課程設計誠然是一門專業課，給我很多專業知識方面的提升，同時又是一門講道課，一門辯思課，給了我許多道，給了我很多思，給了我莫大的空間。同時，設計讓我感觸很深，使我對抽象的理論有了具體的認識。 其二，思路即出路。當初沒有思路，誠如舉步維艱，茫茫大地，不見道路。在對理論知識梳理掌握之后，茅塞頓開，柳暗花明，思路如泉涌，條條大路通羅馬。頓悟，沒有思路便無出路，原來思路即出路。 其三，體驗“小小工程師。通過這次課程設計，我淺顯的了解了一個工程師在面對某個工程上的一些簡單的處理思路。正是這些簡單的接觸