LG-CTY05型智能化液壓伺服控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置

該液壓專業(yè)測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)能完成液壓傳動(dòng)課程的設(shè)計(jì)性、創(chuàng)造性、綜合性實(shí)驗(yàn)，了解電液伺服位置控制系統(tǒng)的組成、工作原理和校正方法，了解電液比例閥/伺服閥的控制特性，掌握控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析原理和時(shí)域參數(shù)的測(cè)試方法，深入理解數(shù)字PID控制器結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響，是液壓學(xué)科中的學(xué)者、專家、工程技術(shù)人員的得力助手。
一、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1、計(jì)算機(jī)控制電液比例位置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)
1.1比例閥的性能測(cè)試
1.1.1比例溢流閥的壓力特性
a.比例溢流閥壓力特性測(cè)試裝置
b.比例溢流閥的輸入輸出特性的物理意義和測(cè)試方法
c.比例溢流閥調(diào)壓特性及測(cè)試方法
1.1.2比例溢流閥的動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)
a.比例溢流閥的動(dòng)態(tài)特性測(cè)試裝置
b.比例溢流閥壓力階躍響應(yīng)特性曲線的測(cè)試方法
c.比例溢流閥動(dòng)態(tài)特性各參數(shù)物理意義和計(jì)算方法
1.1.3電磁比例方向閥的流量特性實(shí)驗(yàn)
a.電磁比例方向閥流量特性測(cè)試裝置
b.電磁比例方向閥控制器的輸入輸出特性的物理意義和測(cè)試方法
c.電磁比例方向閥的流量特性及測(cè)試方法
1.1.4電磁比例方向閥的動(dòng)態(tài)性能實(shí)驗(yàn)
a.電磁比例方向閥的動(dòng)態(tài)特性裝置
b.電磁比例方向閥的流量階躍響應(yīng)特性曲線的測(cè)試方法
c.電磁比例方向閥的動(dòng)態(tài)特性和參數(shù)物理意義和測(cè)試方法
1.1.5比例調(diào)速閥的流量特性
a.比例調(diào)速閥流量特性測(cè)試裝置
b.比例調(diào)速閥的輸入輸出特性的物理意義和測(cè)試方法
c.比例調(diào)速閥流量特性及測(cè)試方法
1.1.6比例調(diào)速閥的動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)
a.比例調(diào)速閥的動(dòng)態(tài)特性測(cè)試裝置
b.比例調(diào)速閥壓力階躍響應(yīng)特性曲線的測(cè)試方法
c.比例調(diào)速閥動(dòng)態(tài)特性各參數(shù)物理意義和計(jì)算方法
1.2比例系統(tǒng)的設(shè)計(jì)性測(cè)試實(shí)驗(yàn)
1.2.1電磁比例力控制系統(tǒng)性能實(shí)驗(yàn)（閥控缸）
a.電磁比例力控制系統(tǒng)的組成、工作原理和校正方法
b.計(jì)算機(jī)在電磁比例力控制系統(tǒng)的作用
c.系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析原理和時(shí)域參數(shù)的測(cè)試方法
d.數(shù)字PID控制器結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響
1.2.2電磁比例位置控制系統(tǒng)的性能實(shí)驗(yàn)（閥控缸）
a.電磁比例位置控制系統(tǒng)的組成、工作原理和校正方法
b.計(jì)算機(jī)在電磁比例位置控制系統(tǒng)的作用
c.系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析原理和時(shí)域參數(shù)的測(cè)試方法
d.數(shù)字PID控制器結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響
1.2.3電磁比例轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的性能實(shí)驗(yàn)（閥控馬達(dá)）
a.電磁比例轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的組成、工作原理和校正方法
b.計(jì)算機(jī)在電磁比例轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的作用
c.系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析原理和時(shí)域參數(shù)的測(cè)試方法
d.數(shù)字PID控制器結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響
3、伺服閥的性能測(cè)試（閥控缸）
3.1伺服換向閥的靜態(tài)特性實(shí)驗(yàn)
a.伺服換向閥流量特性測(cè)試裝置
b.伺服換向閥控制器的輸入輸出特性的物理意義和測(cè)試方法
c.伺服換向閥的流量特性及測(cè)試方法
e.伺服換向閥的壓力增益特性的測(cè)試方法
3.2伺服換向閥的動(dòng)態(tài)性能實(shí)驗(yàn)
a.伺服換向閥的動(dòng)態(tài)特性裝置
b.伺服換向閥的流量階躍響應(yīng)特性曲線的測(cè)試方法
c.伺服換向閥的動(dòng)態(tài)特性和參數(shù)物理意義和測(cè)試方法
3.3伺服換向閥的位置控制系統(tǒng)的性能實(shí)驗(yàn)（閉環(huán)控制）
a.伺服換向閥的位置控制系統(tǒng)的組成、工作原理和校正方法
b.計(jì)算機(jī)在伺服換向閥的位置控制系統(tǒng)的作用
c.系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析原理和時(shí)域參數(shù)的測(cè)試方法
d.數(shù)字PID控制器結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響
二、性能及特點(diǎn)
1、液壓泵站為外置結(jié)構(gòu)，由油箱、柱塞泵、電機(jī)安全閥組、壓力表、冷卻系統(tǒng)過濾系統(tǒng)、管道、控制球閥以及蓄能器組成。
2、機(jī)架采用冷軋鋼板按工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品精制加工，表面噴塑處理，液壓臺(tái)為“L”型平臺(tái)式結(jié)構(gòu)，水平臺(tái)面為鋼板、漏網(wǎng)結(jié)構(gòu)，立式面為顯示部分（精密壓力表，數(shù)顯二次儀表等）；水平臺(tái)面上裝有伺服/比例系統(tǒng)測(cè)試裝置（用于做伺服/比例方向閥的位置、力控制實(shí)驗(yàn)），此伺服/比例系統(tǒng)測(cè)試裝置由高強(qiáng)度槽鋼精制而成，能夠防止臺(tái)面變形以及實(shí)驗(yàn)時(shí)保證*佳穩(wěn)定性。
3、系統(tǒng)采用蓄能器吸震，保證油源脈動(dòng)小于額定壓力2.5%。回油管道大，系統(tǒng)回油壓力小于額定壓力3%。
4、伺服/比例系統(tǒng)位置、力控制實(shí)驗(yàn)采用缸、模塊、閥集成式結(jié)構(gòu)，以槽鋼為基座，工作油缸與負(fù)載油缸或擋塊（滑輪、砝碼）安裝其上，并可拆卸互換。實(shí)驗(yàn)者可根據(jù)不同負(fù)載形式模擬實(shí)際工況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
結(jié)構(gòu)形式如下圖:

1）位置系統(tǒng)控制實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)裝置控制測(cè)試原理圖

實(shí)驗(yàn)原理：
實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是位置控制系統(tǒng)，被控物理參數(shù)（即系統(tǒng)輸出）是負(fù)載滑輪位移。計(jì)算機(jī)發(fā)出一個(gè)給定值（階躍信號(hào)），經(jīng)數(shù)字控制器調(diào)節(jié)和數(shù)模轉(zhuǎn)換后，產(chǎn)生控制信號(hào)；由伺服放大器、伺服閥、加載液壓缸等組成的裝置使負(fù)載滑輪產(chǎn)生位移；位移量由光柵位移傳感器動(dòng)態(tài)地檢測(cè)并通過光柵編碼器采集卡讀入計(jì)算機(jī)，構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)；控制*終目的是負(fù)載滑輪實(shí)際位移能準(zhǔn)確地、快速地達(dá)到給定值。
該實(shí)驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)對(duì)施加的階躍信號(hào)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)；計(jì)算位置響應(yīng)的時(shí)域性能指標(biāo)：上升時(shí)間、峰值時(shí)間、調(diào)整時(shí)間、超調(diào)量、穩(wěn)態(tài)誤差等；檢驗(yàn)數(shù)字控制器參數(shù)對(duì)時(shí)域性能指標(biāo)的影響規(guī)律。動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性的主要參數(shù)物理意義如下圖所示：
智能化液壓伺服控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置

（2）力控制系統(tǒng)性能實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)裝置控制測(cè)試原理圖
智能化液壓伺服控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)原理：實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是力控制系統(tǒng)，被控物理參數(shù)（即系統(tǒng)輸出）是彈性負(fù)載所受的力F。計(jì)算機(jī)發(fā)出一個(gè)給定值（階躍信號(hào)），經(jīng)數(shù)字PID控制器調(diào)節(jié)和數(shù)模轉(zhuǎn)換(D/A)后，產(chǎn)生控制信號(hào)u；由電液比例控制放大器、比例溢流閥、加載液壓缸、等組成的裝置對(duì)負(fù)載施加相應(yīng)的力；施加力的大小由力傳感器動(dòng)態(tài)地檢測(cè)并通過模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）讀入計(jì)算機(jī)，構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)；控制*終目的是施加于彈性負(fù)載的實(shí)際力能準(zhǔn)確地、快速地達(dá)到給定值。
該實(shí)驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)對(duì)施加的階躍信號(hào)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)（輸出力的）；計(jì)算位置響應(yīng)的時(shí)域性能指標(biāo)：上升時(shí)間、峰值時(shí)間、調(diào)整時(shí)間、超調(diào)量、穩(wěn)態(tài)誤差等；檢驗(yàn)數(shù)字PID控制器參數(shù)對(duì)時(shí)域性能指標(biāo)的影響規(guī)律。動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性的主要參數(shù)物理意義如下圖所示：

智能化液壓伺服控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置

6、為了讓學(xué)生更熟悉、準(zhǔn)確掌握常用PID控制器類型和算法以及數(shù)字PID控制器結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響本公司還開發(fā)了一套系統(tǒng)仿真軟件。直接可在課堂操作，無需連接實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其設(shè)計(jì)思路與說明：系統(tǒng)仿真是用系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型來模擬一個(gè)真實(shí)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的實(shí)驗(yàn)技術(shù)方法。這門技術(shù)以成功運(yùn)用于控制系統(tǒng)性能分析和實(shí)踐中。
系統(tǒng)仿真步驟：
（1）建立實(shí)際系統(tǒng)（部件和元件）的數(shù)學(xué)模型，即用數(shù)學(xué)表達(dá)式來描述輸入輸出關(guān)系；
智能化液壓伺服控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置

（2）建立系統(tǒng)的仿真框圖模型，即用傳遞函數(shù)框圖描述實(shí)際關(guān)系；
智能化液壓伺服控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置

（3）系統(tǒng)仿真，即編寫仿真程序、正確選擇仿真算法和設(shè)置仿真參數(shù)，并運(yùn)行仿真程序；
（4）系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性分析，反復(fù)調(diào)整系統(tǒng)或控制器參數(shù)，獲得最佳設(shè)計(jì)參數(shù)。
智能化液壓伺服控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置

系統(tǒng)仿真結(jié)果的正確性和精度取決于數(shù)學(xué)模型和仿真參數(shù)。由于液壓系統(tǒng)本身的物理特性的非線性、不確定性、內(nèi)外部因素作用下的變化性等，難以獲得準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，需要大量的實(shí)驗(yàn)。選擇合理的算法和仿真參數(shù)十分重要。這里采用4階定步距Runge-Kutta法。仿真模型包含有線性環(huán)節(jié)和非線性環(huán)節(jié)。
7、電器控制系統(tǒng)為獨(dú)立的柜式控制單元，分為電器控制部分和電器操作部分，電器操作面板上裝有操作按鈕、比例放大器及位二次儀表，電器柜布置安全合理，便于維修。
8、液壓元件均配有油路過渡模塊，通過金屬硬管或軟管與執(zhí)行系統(tǒng)連接，保證在額定工作壓力下不漏油。
9、系統(tǒng)冷卻，采用專業(yè)的水冷方式，使系統(tǒng)測(cè)試溫度達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)，有效排除油溫過高影響實(shí)驗(yàn)精度的問題。
10、電源模塊帶三相漏電保護(hù)、輸出電壓380V/220V，對(duì)地漏電電流超過30mA即切斷電源；電氣控制采用直流24V電源，并帶有過壓保護(hù)，防止誤操作損壞設(shè)備。
11、實(shí)驗(yàn)用液壓元件采用德國(guó)力士樂系列產(chǎn)品，具有高可靠性，嚴(yán)格按學(xué)校要求配置元器件。
12、實(shí)驗(yàn)臺(tái)配置了完備的各類型傳感器，包括壓力傳感器、光柵位移傳感器、溫度傳感器、流量傳感器、測(cè)速傳感器，以滿足各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)參數(shù)測(cè)試的需要。其它元件均采用國(guó)內(nèi)知名廠家的產(chǎn)品。
13、實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)合理，測(cè)試精度高，閉環(huán)位置控制精度可以達(dá)到0.1mm。
14、實(shí)踐性強(qiáng)，學(xué)生可自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)掌握液壓系統(tǒng)原理與功能；分析診斷原理性故障。
三、控制測(cè)試系統(tǒng)
1、實(shí)驗(yàn)臺(tái)的計(jì)算機(jī)控制測(cè)試系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡、接口板、傳感器和電磁閥等組成。采用計(jì)算機(jī)加采集卡及相應(yīng)傳感器、變換電路組成信號(hào)發(fā)生和采集的硬件系統(tǒng)，結(jié)合編制的專用軟件組成基于虛擬儀器的伺服/比例閥測(cè)試CAT系統(tǒng)。
2、系統(tǒng)軟件的界面是用美國(guó)NI公司的LabVIEW開發(fā)的，軟件界面直觀性強(qiáng)，操作方便，功能齊全，交互性好，除具有實(shí)測(cè)功能以外，還具有虛擬教學(xué)的功能，教師可以利用界面提供的數(shù)據(jù)窗口輸入不同的數(shù)據(jù)，得出不同的分析曲線，從而做到多種配置的理論分析。
3、控制測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室參數(shù)（壓力、流量、轉(zhuǎn)速、位移等）的自動(dòng)數(shù)據(jù)檢測(cè)，自動(dòng)處理、存儲(chǔ)、自動(dòng)生成實(shí)驗(yàn)報(bào)告和打印輸出等功能。
4、系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)回路電磁閥的自動(dòng)控制，提高了實(shí)驗(yàn)臺(tái)操作的自動(dòng)化和智能化水平。
四、技術(shù)參數(shù)
系統(tǒng)最高工作壓力：21Mpa
電動(dòng)機(jī)：Y160M-4           額定功率：11KW       額定轉(zhuǎn)速：1440r/min（1臺(tái)）
變量柱塞泵：16YCY14-1B   額定壓力：31.5Mpa       排量:16ml/rev
軸向柱塞液壓馬達(dá)：5MCY14-1B  額定壓力：31.5Mpa    額定排量： 5ml/rev
外形尺寸：實(shí)驗(yàn)平臺(tái)：1300×830×950mm             控制柜：1100×420×900mm
五、配置表

序號(hào)	名稱	規(guī)格型號(hào)	數(shù)量	廠家
1	電機(jī)	Y160M-4	1	北京
2	變量柱塞泵	16YCY14-1B	1	上海
3	軸向柱塞液壓馬達(dá)	5MCY14-1B	1	寧波
4	先導(dǎo)式溢流閥	DB10-1-50B/100	1	北京華德
5	節(jié)流閥	DVP16-10B	1	北京華德
6	防震壓力表	YTN60	2	紅旗儀表
7	精密壓力表	YB-150	4	陽泉儀表
8	油路板	自制	1	理工偉業(yè)
9	油箱	80L	1	理工偉業(yè)
10	蓄能器	NXQ-4	1	奉化液壓
11	油位指示計(jì)	YWZ-150	1	浙江東甌
12	吸油濾油器	WU-160*100-J	1	浙江金洋
13	高壓濾油器	PLF-H60x5P	1	浙江精歐
14	空氣濾清器	EF-25	1	浙江金洋
15	強(qiáng)磁濾油器	CGQ-20	1	浙江協(xié)和
16	液壓油	L-HL 46抗磨液壓油	80L	中石化
17	水冷卻器	OR60	1	姜堰
18	球閥	QJH-10WL	6	奉化
19	水閥	2W-200-20	1	北京
20	伺服缸	YGD	1	無錫恒明
21	電磁比例溢流閥	DBE10-30B/100Y	1	北京華德
22	比例放大器	LGBL-KZQ-I	1	理工偉業(yè)
23	電磁比例換向閥	4WRE6E16-10B/24Z4	1	北京華德
24	比例放大器	ZHBL-KZQ-III	1	理工偉業(yè)
25	電磁比例調(diào)速閥	2FRE6B-20B/25QM	1	北京華德
26	比例放大器	LGBL-KZQ-II	1	理工偉業(yè)
27	雙噴嘴擋板力反饋兩級(jí)電液流量伺服閥	QDY-6	1	北京精密機(jī)床研究所
28	伺服放大器	LGSF-KZQ-I	1	理工偉業(yè)
29	壓力變送器	ZQ-BZ 25Mpa	3	理工偉業(yè)
30	流量傳感器	LWGY-10	1	上海虹益
31	拉壓式稱重傳感器	BLR-SQA	1	宇航科技
32	有源放大器	SY-2C-V1-D	1	宇航科技
33	霍爾傳感器	NJK-5002N	1	浙江滬工
34	流量數(shù)顯表	FT8	1	武漢松野
35	速度數(shù)顯表	FT8	1	武漢松野
36	光柵位移傳感器	SGC4.2T	1	長(zhǎng)春光機(jī)數(shù)顯技術(shù)有限責(zé)任公司
37	溫控儀	XMTD-2001	1	上海德兆
38	熱電偶	WRET-1500	1	上海電器儀表廠
39	加熱管	2KW	1	北京
40	電器控制模塊	自制	1	理工偉業(yè)
41	數(shù)據(jù)通用接口板	自制	1	理工偉業(yè)
42	37芯數(shù)據(jù)通訊線（公頭）	自制	1	理工偉業(yè)
43	航空插頭	P55K8Q	2	華峰
44	數(shù)據(jù)采集卡	PCI-8333	1	北京中泰
45	光柵尺卡	SGC-CARD（PCI）	1	長(zhǎng)春光機(jī)
46	系統(tǒng)采集控制軟件	配套	1	理工偉業(yè)
47	采集卡驅(qū)動(dòng)光盤	PCI8333	1	北京中泰
48	實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書	配套	1	理工偉業(yè)
49	三通接頭	M14×1.5	2	理工偉業(yè)
50	耐壓膠管	25Mpa	配套	上海液壓件廠
51	伺服/比例系統(tǒng)測(cè)試裝置	自制	1	理工偉業(yè)
52	負(fù)載砝碼	自制	1	理工偉業(yè)
53	二位三通電磁換向閥	3WE10A31B	2	北京華德
54	活動(dòng)扳手	18，，	1	北京
55	活動(dòng)扳手	12，，	1	北京
56	開口扳手	8-10	1	北京
57	開口扳手	12-14	1	北京
58	開口扳手	17-19	1	北京
59	開口扳手	22-24	1	北京
60	開口扳手	24-27	1	北京
61	內(nèi)卡環(huán)鉗		1	北京
62	外卡環(huán)鉗		1	北京
63	短十字起		1	北京
64	長(zhǎng)十字起		1	北京
65	一字起		1	北京
66	內(nèi)六角扳手		1	北京
67	工具盒		1	北京
68	O型圈	φ22×2.4	10	寧波
69	O型圈	φ16×2.4	10	寧波
70	O型圈	φ10×1.9	5	寧波
71	O型圈	φ14×2.4	5	寧波
72	O型圈	φ11×2	5	寧波
73	O型圈	φ13×2	5	寧波
74	按鈕開關(guān)	LAY50-11DT	1	上海雙科
75	防震壓力表	YTN60 （0-25MPa 2.5級(jí)）	1	紅旗儀表
76	生料帶		1	長(zhǎng)沙
77	組合墊	φ12	5	寧波
78	組合墊	φ14	5	寧波
79	組合墊	φ18	10	寧波

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LG-CTY05型智能化液壓伺服控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置