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1、跑偏控制系统设计为防止如带钢、皮带等卷绕过程会产生跑偏问题，就必须进行跑偏控制，也即边沿位置控制。设备控制系统的组成和原理如下图所示。图1 原理图该系统的工作原理是：系统的光电检测器由光源与光电二组成，同卷筒刚性连接，当被控边沿(如带钢)等正常运行，光电管接受 一半光照，其电阻值为R当被控边沿偏离检测器中央时，光电管接受的光照发生变化电阻值随之变化，因而破坏了以光电管电阻为一臂的电桥平衡，输出一偏差信号电压，此电压信号经放大器放大后产生差动电流I输入到电一液伺服阀，产生正比于输入信号的流量，控制液压缸拖动卷筒，使其向纠偏的力向运动，直到跑偏位移为零，使卷筒处于中心位置。由于检测器与卷筒起移动，
2、形成了直接位置反馈。 1.设计要求和给定参数(1)带材最大速度：vm=2.2102 m/s；(2)最大钢卷重力：G1=147000N其他部件移动重力G2=196000N；故负载质量M：(G1+G2)/9. 8=35000kg；(3)工作行程：L=150mm；(4)对控制系统的要求 最大调节速度：Vm=2 .2x10-2 m/s： 系统频宽：wb20rad/s 最大加速度: am=0. 47l0-2m/s2。 系统最大误差ep210 -3m 2.控制方案拟定 根据工作要求，决定采用电液伺服阀和液压缸控制方案，如图1所示。系统的职能方框图如图2所示。图2 职能方块图3根据主要设计参数确定主要装置
3、1油源 采用压力补偿变量泵，为保护伺服阀，应采取措施，防止油液污染，根据工作要求，油源压力取为Ps=4MPa。 2)确定动力元件尺寸参数(1)负载：总负载力FL=Fa+Ff=Mam+Gf=19145N(2)确定执行元件液压缸参数 通常把负载压力取为PL=23ps=2 6MPa 由于PL=FL/Ap，所以Ap=FL/pL=0.72x10-2m2 根据工作需要，该装置的负载压力，主要满足拖动力即可，负载压力不要太大，可把负载压力取得更小些即把作用面积取为Ap=FL/pL=1. 68x10-2m2 则PL= FL/ Ap =2. 02MPa2ps/3=2.6MPa，合理。(3)伺服阀规格的选定 系统
4、最大速度为vm=2.2102m/s,这时所需负载流量为qL= Ap vm=3 .696m3/s所选伺服阀压降为p=1. 9MPa，根据负载流量和伺服阀压降，选择25601000=4.1610-4m3/s的伺服阀，可满足负载流量要求。（4）其他组成原件 由于检测器与放人器的时间常数很小因此，光电检测器的增益Ki=188 .6A/m 4控制系统的计算 动力元件传递函数xpqL=1Apss2wh2+2hwh+1 下面确定wh, h 液压缸除满足行程L的要求外，尚应留有一定的空行程，并考虑连接管道的容积，取Vt=0.15xl. 6810=2.873x10-3m3,e=6.9108N/m2，故动力元件的
5、液压固有频率为wh=4Ap2eMVt=88rad/s取h=0.7，故液压动力元件的传递函数xpqL=59.5ss2882+20.788s+1伺服阀传递函数为qLi=Ksvs2wsv2+2svwsvs+1伺服阀的动态参数可按样本取值，取伺服阀额定电流为300mA，供油压力ps=4MPa时的空载流量为35.36/60X 1000m3/s，得伺服阀的空载平均流量增益Ksv = 35.966010000.3=1.9610-3m3/(sA)查得Wsv=157rad/ssv=0.7代入则得伺服阀的传递函数qLi=1.9610-3s21572+20.7157s+1系统的开环传递函数为G(s)H(s)=Kvs
6、s21572+20.7157+1s2882+20.788+1式中：Kv=188.659.51.9610-3=21.994对于干扰来说，系统是零型的。启动和切削不处于同一动作阶段，静摩擦干扰就不必考虑。伺服放大器的温度零漂（0.05%In1%In）、伺服阀零漂和滞环（1%In2%In）、执行元件的不灵敏区（0.5%In1%In）。假定上述干扰量之和为2%In，由此引起的位置误差为ef=0.02InKaKf对于指令输入来说，系统是型的，最大速度vm=2.210-2m/s时的速度误差为er=vmaxKv根据上述计算数据，绘制simulink图形如图3所示。图4是它的运行结果。图3 simulink模
7、型图4 运行结果由图4可看出系统稳定，所选参数正确。5.系统品质分析编写matlab程序实现Bode图的绘制和误差分析，程序如下： Ap=1.68e-2; In=0.03; ps=4e6; pL=2*ps/3; Ki=188.6; Vt=2.873e-3; Kf=1; btae=6900e5; m=35000; Wh=sqrt(4*btae*Ap2/(m*Vt) zuni1=0.3;chuanhan1=tf(1/Ap,1/Wh2 2*zuni1/Wh 1 0) Wsv=157; zuni2=0.7; Ksv=1.96e-3;chuanhan2=tf(Ksv,1/Wsv2 2*zuni1/Wsv
8、 1)kaihuanchuanhan=Ki*chuanhan1*chuanhan2figure(1)margin(kaihuanchuanhan)grid onfigure(2)nichols(kaihuanchuanhan)grid onn1=ginput(1)W_3dB=abs(n1(1)/(2*pi)Kv=Ki*Ksv/Apef=0.02*0.003/Ki*Kfvm=2.2e-2er=vm/Kve=ef+er由以上程序得系统的开环Bode图和Nichols图，如图5、图6所示。图5 Bode图图6 Nichols图由图5可知：Kg=Gm=4.43dB，=74.7deg、wc=23rad/s，可见系统稳定。由图6可知：W_3dB=35.3817rad/s20rad/s，可见频宽满足要求。由计算知系统的总误差为e=0.0010m0.002m，故满足系统精度要求。