武汉工程大学
数控机床工作台电液位置伺服控制系统设计及仿真
姓名：雷小舟专业机械电子工程子方向：机电一体化武汉工程大学机电液一体化实验室
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位置伺服系统是一种自动控制系统。因此，在分析和设计这样的控制系统时，需要用自动控制原理作为其理论基础，来研究整个系统的动态性能，进而研究如何把各种元件组成稳定的和满足稳定性能指标的控制系统。若原系统不稳定可通过调整比例参数和采用滞后校正使系统达到稳定，并选取合适的参数使系统满足设计要求。1位置伺服系统组成元件及工作原理
数控机床工作台位置伺服系统有不同的形式，一般均可以由给定环节、比较环节、校正环节、执行机构、被控对象或调节对象和检测装置或传感器等基本元件组成1。根据主机的要求知系统的控制功率比较小、工作台行程比较大，所以采用阀控液压马达系统。
系统物理模型如图1所示。
图1数控机床工作台位置伺服系统物理模型系统方框图如图2所示。
图2数控机床工作台位置伺服系统方框图数控机床工作台位置伺服系统是指以数控机床工作台移动位移为控制对象的自动控制系统。位置伺服系统作为数控机床的执行机构，集电力电子器件、控制、驱动及保护为一体。数控机床的工作台位置伺服系统输出位移能自动地、快速而准确地复现输入位移的变化，是因为工作台输出端有位移检测装置（位移传感器）将位移信号转化为电信号反馈到输入端构成负反馈闭环控制系统。反馈信号与输入信号比较得到差压信号，然后把差压信号通过伺服放大器转化为电流信号，送入电液伺服阀（电液转换、功率放大元件）转换为大功率的液压信号（流量与压力）输出，从而使液压马达的四通滑阀有开口量就有压力油输出到液压马达，驱动液压马达带动减速齿轮转动，从而带动滚珠丝杠运动。因滚珠丝杠与工作台相连所以当滚珠丝杠运动时，工作台也发生相应的位移。2数控工作台的数学模型21工作台负载分析
工作台负载主要由切削力Fc摩擦力Ff和惯性力Fa三部分组成，则总负载力为FLFcFfFa
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22液压执行机构数学模型工作台由液压马达经减速器和滚珠丝杠驱动。
根据力矩平衡方程，减速器输入轴力矩TL为
TL

FLt2i
式中t为丝杠导程，mr
；i为减速器传动比，i
m

m

m


m
分别为齿轮减速器输
入轴、输出轴角位移，rad。
由运动传递原理知，液压马达最大转速
max为

max

ivmaxt
v式中max为工作台的最大运动速度，ms。
由液压马达输出力矩表达式可知，液压马达所r