液压制动软管挠曲疲劳试验机直线定位系统.pdf

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第3期(总第178期
机椃工程与自动化
2013年6月
MECHANICAL ENGINEERING &s AUTOMATION
文章编号:1672-6413(2013)03-0151-03
液压制动软管挠曲疲劳试验机直线定位系统
袁超,姜涛,韩玉元,张桂林
长春理工大学机电工程学院,吉林长春130022)
摘要:介绍了一种采用伺服系统控制液压制动软管挠曲疲劳试验机直线运动的结构及仿真模型,并采用试验
测试与 Matlab仿真相结合的方法完成系统魏模,确定仿真参数。通过对试验机直线定位系统的实际试验与
仿真,得出试验数据和仿真模型,验证了该方法的有效性和实用性。
关键词:伺服系统;直线定位;液压制动软管;疲劳试验机
中图分类号:TP273:U463.52+1
文献标识码:A
0引言
关,而与测量的中间过程无关,即使侗服电机轴卡死也
液压制动软管是汽车制动装置的主要零部件,为能输出绝对角度信息,所以主要用于高性能试验机定
了使刹车制动装置能够稳定有效的快速制动,对汽车位控制系统中。
液压制动软管的检测精度要求越来越高,市场急需高
由于绝对式光电编码器的高精度反馈作用,伺服
精度液压制动软管性能试验检测设备。本文设计的高控制系统可以精准地获取角位移运动轨迹的反馈信
精度液压制动软管挠曲疲劳试验机是以PIC为控制号,为测试系统各运动参数提供准确信息,因此本文的
核心,综合协调软管活动安装端转动机构、软管固定安伺服控制参数均来自于绝对式编码器。
裝端直线运动定位机构和液压加载系统,自动完成对
根或两根制动软管的疲劳寿命测试。
试验机直线定位系统控制结构
近些年,伺服控制系统被广泛应用于定位要求较
高的试验机中,这类定位装置通常采用半闭环控制结
构,即以伺服电机的角位移进行位置反馈,而不是以位
移传感器检测试验机的直线运动位移作为反馈信号,
图1直线定位机构
因而具有机结构简单、髙精度控制试验机定位系统
伺服驱动器及电机模型
的特性。直线定位机构如图1所示。
2.1一阶惯性系统模型
半闭环交流伺服控制系统一般采用双环结构,由
交流侗服电机驱动系统是一个电机调速系统,调
位置控制板和交流伺服驱动器构成外环(位置环)和内
速范围在0r/min~2800r/min,定位精度一般都要
环(速度环)。该控制系统按物理结构可分为交流伺服达到士1个脉神。其输入、输出变量都是时间的连续
驱动器及伺服电机、直线运动机械结构、直线位移控制因数,以转速为被控变量,实现单步预测控制的动态系
器及PC。伺服控制系统的反馈信号主要由光电编码统,因此,建立的数学模型必须进行优化。最简单的优
器反馈产生,光电编码器同时又分为增量式和绝对式化方法是将该系统建立成一阶惯性系统,即以速度
两种,增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号,指令)为输人,电机转速a()为输出。系统传递函
再把该电信号转变成计数脉冲,用脉冲的个数来表示数表示为
位移的大小;绝对式编码器的每个位置对应一个确定
G(s)
…(1)
的数字码,因此其示值只与测量的起始和终止位置有
收稿日期:2012-11-15;修回日期:2012-12-15
作者简介:袁超(1987-),男,辽宁沈阳人,在读硬士研究生,研究方向:机械电子工程。
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机械工程与自动化
2013年第3期
其中:T为时间常数;K为增益
3建立直线定位系统仿真模型( Simulink)
2系统参数的确定2
Simulink是一个用来对动态系统进行建模、仿真
设系统的输入阶跃信号(t)=M,其拉氏变换为和分析的系统仿真软件,它支持线性和非线性系统、连
U(s)=4/5,则系统阶跃信号响应为
缤和离散时间模型,或者是二者的混合。系统还可以
au(s)=G(s)?U(s)
K
是多采样率的,如系统的不同部分拥有不同的采样
Is+1 s
率。下面就利用 Simulink建立整个定位系统的伤
式(2)经拉氏变换为o()=Kx(1-e-f),由此得真模型。
出当时间t→时,o(o)=K?z,所以有
位置控制系统采用工业过程控制中应用最广泛的
K=o(o)/u。……
种控制形式,位置环采用数字PID控制(偏差控
当t=T时有
制),其位置控制理想微分方程为
ou(T)=Ka(1ーe-)≈0.632o(∞)。……(4
x()=K,A(D+m。(dt+rcQ
1
伺服系统中电机转速上升时,0.632o()值对应
的时间即为系统时间常数T,可通过式(3)和(4)确
…(6)
定系统参数。
其中:K,为比例系数;T为积分时间常数;T。为微分
表1是松下大型 MINAS系列全数字式交流伺时同常数;e()为偏差值
服驱动器MDD203AIV(其主要性能指标:适配电机额
由于计算机只能处理数字信号,故上述理想微分
定功率为200w,电源电压为3相220V,编码器类方程必须加以变换,若设何服驱动电机角位移的采样
型为2500P/R,与驱动器配套使用的交流伺服电机为周期为z,第k次采样得到的输人偏差为e,调节器输
MDM202A1)实测速度阶跃响应,其输人阶跃电压x=出为,则有
100pV。
de(t) er-ek-l
表1MDD203AIV驱动器时间速度关系
时间t(ms)0481211620242832
e(t )dt
ekて。
速度(p/ms)0102028291301282829
时间r(ms)「36140144「48152156606468
经过转换,式(6)便可改写成
速度(p/ms)292929「29302912829[29
か(ん)=Kpe(足)
K
K
由表1的数据经计算得:o(∞)=25.5p/ms,K
25.5/100=0.255p/(ms?pV)=32.028rad/(s?V)。其中:T为系统采样周期。
由于时间常数T较小,不容易测定,但是从测量
经Z变换,位置控制PHD偏差控制器的Z传递函
结果还是可以得出8ms≤T12ms。
数为:
2.3二阶系统模型
G(x)=K。+K
若以电机轴位置(t)为输出,则驱动器及电机系
?K。(1ーx-)。…(7)
统传递函数可以表示为
其中:K:为积分系数;K。为微分系数。以K,=1、
K=2、K=1的P控制建立仿真模型,根据二阶系统
0(の)ーュ1?き=(:+15?
(5
函数得到的直线定位系统仿真模型如图2所示。
式(5)是一个典型的二阶系统
den(s)
Subsystem
Transfer Fon Gain Transfer R-ueratr ope
Gaini
图2直线定位系统仿真模型
直线定位控制系统仿真试验
试验人员启动伺服控制系统记录编码器反馈的前
4.1推导时间常数T
150个点,并在 Matlab中用PLOT命令将其绘成图
时间常数T是在试验前必须确定的数值,通过对形,如图3所示。
比实际运动曲线与 Mat