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LG-CTY05型 電液伺服比例控制專業(yè)測試實驗臺
該液壓專業(yè)測試實驗臺能完成液壓傳動課程的設計性、創(chuàng)造性、綜合性實驗，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)動態(tài)分析原理和時域參數(shù)的測試方法，深入理解數(shù)字PID控制器結(jié)構(gòu)參數(shù)對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響，是液壓學科中的學者、專家、工程技術人員的得力助手。
一、實驗內(nèi)容
1、計算機控制電液比例位置系統(tǒng)的設計性實驗
1.1比例閥的性能測試
1.1.1比例溢流閥的壓力特性
a.比例溢流閥壓力特性測試裝置
b.比例溢流閥的輸入輸出特性的物理意義和測試方法
c.比例溢流閥調(diào)壓特性及測試方法
1.1.2比例溢流閥的動態(tài)特性實驗
a.比例溢流閥的動態(tài)特性測試裝置
b.比例溢流閥壓力階躍響應特性曲線的測試方法
c.比例溢流閥動態(tài)特性各參數(shù)物理意義和計算方法
1.1.3電磁比例方向閥的流量特性實驗
a.電磁比例方向閥流量特性測試裝置
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試方法
c.電磁比例方向閥的流量特性及測試方法
1.1.4電磁比例方向閥的動態(tài)性能實驗
a.電磁比例方向閥的動態(tài)特性裝置
b.電磁比例方向閥的流量階躍響應特性曲線的測試方法
c.電磁比例方向閥的動態(tài)特性和參數(shù)物理意義和測試方法
1.1.5比例調(diào)速閥的流量特性
a.比例調(diào)速閥流量特性測試裝置
b.比例調(diào)速閥的輸入輸出特性的物理意義和測試方法
c.比例調(diào)速閥流量特性及測試方法
1.1.6比例調(diào)速閥的動態(tài)特性實驗
a.比例調(diào)速閥的動態(tài)特性測試裝置
b.比例調(diào)速閥壓力階躍響應特性曲線的測試方法
c.比例調(diào)速閥動態(tài)特性各參數(shù)物理意義和計算方法
1.2比例系統(tǒng)的設計性測試實驗
1.2.1電磁比例力控制系統(tǒng)性能實驗（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.計算機在電磁比例力控制系統(tǒng)的作用
c.系統(tǒng)動態(tài)分析原理和時域參數(shù)的測試方法
d.數(shù)字PID控制器結(jié)構(gòu)參數(shù)對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響
1.2.2電磁比例位置控制系統(tǒng)的性能實驗（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.計算機在電磁比例位置控制系統(tǒng)的作用
c.系統(tǒng)動態(tài)分析原理和時域參數(shù)的測試方法
d.數(shù)字PID控制器結(jié)構(gòu)參數(shù)對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響
1.2.3電磁比例轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的性能實驗（閥控馬達）
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.計算機在電磁比例轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的作用
c.系統(tǒng)動態(tài)分析原理和時域參數(shù)的測試方法
d.數(shù)字PID控制器結(jié)構(gòu)參數(shù)對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響
3、伺服閥的性能測試（閥控缸）
3.1伺服換向閥的靜態(tài)特性實驗
a.伺服換向閥流量特性測試裝置
b.伺服換向閥控制器的輸入輸出特性的物理意義和測試方法
c.伺服換向閥的流量特性及測試方法
e.伺服換向閥的壓力增益特性的測試方法
3.2伺服換向閥的動態(tài)性能實驗
a.伺服換向閥的動態(tài)特性裝置
b.伺服換向閥的流量階躍響應特性曲線的測試方法
c.伺服換向閥的動態(tài)特性和參數(shù)物理意義和測試方法
3.3伺服換向閥的位置控制系統(tǒng)的性能實驗（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.計算機在伺服換向閥的位置控制系統(tǒng)的作用
c.系統(tǒng)動態(tài)分析原理和時域參數(shù)的測試方法
d.數(shù)字PID控制器結(jié)構(gòu)參數(shù)對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響
二、性能及特點
1、液壓泵站為外置結(jié)構(gòu)，由油箱、柱塞泵、電機安全閥組、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、機架采用冷軋鋼板按工業(yè)標準產(chǎn)品精制加工，表面噴塑處理，液壓臺為“L”型平臺式結(jié)構(gòu)，水平臺面為鋼板、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）；水平臺面上裝有伺服/比例系統(tǒng)測試裝置（用于做伺服/比例方向閥的位置、力控制實驗），此伺服/比例系統(tǒng)測試裝置由高強度槽鋼精制而成，能夠防止臺面變形以及實驗時保證*佳穩(wěn)定性。
3、系統(tǒng)采用蓄能器吸震，保證油源脈動小于額定壓力2.5%?；赜凸艿来?，系統(tǒng)回油壓力小于額定壓力3%。
4、伺服/比例系統(tǒng)位置、力控制實驗采用缸、模塊、閥集成式結(jié)構(gòu)，以槽鋼為基座，工作油缸與負載油缸或擋塊（滑輪、砝碼）安裝其上，并可拆卸互換。實驗者可根據(jù)不同負載形式模擬實際工況進行實驗。
結(jié)構(gòu)形式如下圖：
1）位置系統(tǒng)控制實驗
實驗裝置控制測試原理圖：
實驗原理：
實驗系統(tǒng)是位置控制系統(tǒng)，被控物理參數(shù)（即系統(tǒng)輸出）是負載滑輪位移Xo。計算機發(fā)出一個給定值（階躍信號），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u；由伺服放大器、伺服閥、加載液壓缸等組成的裝置使負載滑輪產(chǎn)生位移；位移量由光柵位移傳感器動態(tài)地檢測并通過光柵編碼器采集卡讀入計算機，構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)；控制*終目的是負載滑輪實際位移能準確地、快速地達到給定值。
該實驗測量系統(tǒng)對施加的階躍信號的動態(tài)響應；計算位置響應的時域性能指標：上升時間、峰值時間、調(diào)整時間、超調(diào)量、穩(wěn)態(tài)誤差等；檢驗數(shù)字PID控制器參數(shù)對時域性能指標的影響規(guī)律。動態(tài)響應特性的主要參數(shù)物理意義如下圖所示：
（2）力控制系統(tǒng)性能實驗
實驗裝置控制測試原理圖：
實驗原理：實驗系統(tǒng)是力控制系統(tǒng)，被控物理參數(shù)（即系統(tǒng)輸出）是彈性負載所受的力F。計算機發(fā)出一個給定值（階躍信號），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、等組成的裝置對負載施加相應的力；施加力的大小由力傳感器動態(tài)地檢測并通過模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）讀入計算機，構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)；控制*終目的是施加于彈性負載的實際力能準確地、快速地達到給定值。
該實驗測量系統(tǒng)對施加的階躍信號的動態(tài)響應（輸出力的）；計算位置響應的時域性能指標：上升時間、峰值時間、調(diào)整時間、超調(diào)量、穩(wěn)態(tài)誤差等；檢驗數(shù)字PID控制器參數(shù)對時域性能指標的影響規(guī)律。動態(tài)響應特性的主要參數(shù)物理意義如下圖所示：
6、為了讓學生更熟悉、準確掌握常用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)對系統(tǒng)動態(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，無需連接實驗臺，其設計思路與說明：系統(tǒng)仿真是用系統(tǒng)的數(shù)學模型來模擬一個真實系統(tǒng)動態(tài)特性的實驗技術方法。這門技術以成功運用于控制系統(tǒng)性能分析和實踐中。
系統(tǒng)仿真步驟：
（1）建立實際系統(tǒng)（部件和元件）的數(shù)學模型，即用數(shù)學表達式來描述輸入輸出關系；
（2）建立系統(tǒng)的仿真框圖模型，即用傳遞函數(shù)框圖描述實際關系；
（3）系統(tǒng)仿真，即編寫仿真程序、正確選擇仿真算法和設置仿真參數(shù)，并運行仿真程序；
（4）系統(tǒng)動態(tài)特性分析，反復調(diào)整系統(tǒng)或控制器參數(shù)，獲得*佳設計參數(shù)。
系統(tǒng)仿真結(jié)果的正確性和精度取決于數(shù)學模型和仿真參數(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，難以獲得準確的數(shù)學模型，需要大量的實驗。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)測試溫度達到國家標準以內(nèi)，有效排除油溫過高影響實驗精度的問題。
10、電源模塊帶三相漏電保護、輸出電壓380V/220V，對地漏電電流超過30mA即切斷電源；電氣控制采用直流24V電源，并帶有過壓保護，防止誤操作損壞設備。
11、實驗用液壓元件采用德國力士樂系列產(chǎn)品，具有高可靠性，嚴格按學校要求配置元器件。
12、實驗臺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、測速傳感器，以滿足各項實驗參數(shù)測試的需要。其它元件均采用國內(nèi)知名廠家的產(chǎn)品。
13、實驗臺設計合理，測試精度高，閉環(huán)位置控制精度可以達到0.1mm。
14、實踐性強，學生可自己設計實驗，學習掌握液壓系統(tǒng)原理與功能；分析診斷原理性故障。
三、控制測試系統(tǒng)
1、實驗臺的計算機控制測試系統(tǒng)由計算機、數(shù)據(jù)采集卡、接口板、傳感器和電磁閥等組成。采用計算機加采集卡及相應傳感器、變換電路組成信號發(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/比例閥測試CAT系統(tǒng)。
2、系統(tǒng)軟件的界面是用美國NI公司的LabVIEW開發(fā)的，軟件界面直觀性強，操作方便，功能齊全，交互性好，除具有實測功能以外，還具有虛擬教學的功能，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、控制測試系統(tǒng)實現(xiàn)實驗室參數(shù)（壓力、流量、轉(zhuǎn)速、位移等）的自動數(shù)據(jù)檢測，自動處理、存儲、自動生成實驗報告和打印輸出等功能。
4、系統(tǒng)能實現(xiàn)回路電磁閥的自動控制，提高了實驗臺操作的自動化和智能化水平。
四、技術參數(shù)
系統(tǒng)*高工作壓力：21Mpa
電動機：Y160M-4 額定功率：11KW 額定轉(zhuǎn)速：1440r/min（1臺）
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：5MCY14-1B 額定壓力：31.5Mpa 額定排量： 5ml/rev
外形尺寸：實驗平臺：1300×830×950mm 控制柜：1100×420×900mm
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關鍵詞： 數(shù)控車床 實訓設備 實訓裝置 教學儀器 實驗設備 教學設備 實訓臺 考核裝置 技能考核 電工電子 實驗裝置 數(shù)控技術 實訓考核 技能實訓 數(shù)控系統(tǒng) 電氣控制 自控實訓 實驗系統(tǒng) 數(shù)控軟件 數(shù)控實訓 電氣技術 數(shù)控設備 數(shù)控銑床 高教設備 教學車床 數(shù)控機床 職教設備 PLC控制 PLC技術 PLC實驗
1、計算機控制電液比例位置系統(tǒng)的設計性實驗
1.1比例閥的性能測試
1.1.1比例溢流閥的壓力特性
a.比例溢流閥壓力特性測試裝置
b.比例溢流閥的輸入輸出特性的物理意義和測試方法
c.比例溢流閥調(diào)壓特性及測試方法
1.1.2比例溢流閥的動態(tài)特性實驗
a.比例溢流閥的動態(tài)特性測試裝置
b.比例溢流閥壓力階躍響應特性曲線的測試方法
c.比例溢流閥動態(tài)特性各參數(shù)物理意義和計算方法
1.1.3電磁比例方向閥的流量特性實驗
a.電磁比例方向閥流量特性測試裝置
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試方法
c.電磁比例方向閥的流量特性及測試方法
1.1.4電磁比例方向閥的動態(tài)性能實驗
a.電磁比例方向閥的動態(tài)特性裝置
b.電磁比例方向閥的流量階躍響應特性曲線的測試方法
c.電磁比例方向閥的動態(tài)特性和參數(shù)物理意義和測試方法
1.1.5比例調(diào)速閥的流量特性
a.比例調(diào)速閥流量特性測試裝置
b.比例調(diào)速閥的輸入輸出特性的物理意義和測試方法
c.比例調(diào)速閥流量特性及測試方法
1.1.6比例調(diào)速閥的動態(tài)特性實驗
a.比例調(diào)速閥的動態(tài)特性測試裝置
b.比例調(diào)速閥壓力階躍響應特性曲線的測試方法
c.比例調(diào)速閥動態(tài)特性各參數(shù)物理意義和計算方法
1.2比例系統(tǒng)的設計性測試實驗
1.2.1電磁比例力控制系統(tǒng)性能實驗（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.計算機在電磁比例力控制系統(tǒng)的作用
c.系統(tǒng)動態(tài)分析原理和時域參數(shù)的測試方法
d.數(shù)字PID控制器結(jié)構(gòu)參數(shù)對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響
1.2.2電磁比例位置控制系統(tǒng)的性能實驗（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.計算機在電磁比例位置控制系統(tǒng)的作用
c.系統(tǒng)動態(tài)分析原理和時域參數(shù)的測試方法
d.數(shù)字PID控制器結(jié)構(gòu)參數(shù)對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響
1.2.3電磁比例轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的性能實驗（閥控馬達）
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.計算機在電磁比例轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的作用
c.系統(tǒng)動態(tài)分析原理和時域參數(shù)的測試方法
d.數(shù)字PID控制器結(jié)構(gòu)參數(shù)對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響
3、伺服閥的性能測試（閥控缸）
3.1伺服換向閥的靜態(tài)特性實驗
a.伺服換向閥流量特性測試裝置
b.伺服換向閥控制器的輸入輸出特性的物理意義和測試方法
c.伺服換向閥的流量特性及測試方法
e.伺服換向閥的壓力增益特性的測試方法
3.2伺服換向閥的動態(tài)性能實驗
a.伺服換向閥的動態(tài)特性裝置
b.伺服換向閥的流量階躍響應特性曲線的測試方法
c.伺服換向閥的動態(tài)特性和參數(shù)物理意義和測試方法
3.3伺服換向閥的位置控制系統(tǒng)的性能實驗（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.計算機在伺服換向閥的位置控制系統(tǒng)的作用
c.系統(tǒng)動態(tài)分析原理和時域參數(shù)的測試方法
d.數(shù)字PID控制器結(jié)構(gòu)參數(shù)對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響
二、性能及特點
1、液壓泵站為外置結(jié)構(gòu)，由油箱、柱塞泵、電機安全閥組、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、機架采用冷軋鋼板按工業(yè)標準產(chǎn)品精制加工，表面噴塑處理，液壓臺為“L”型平臺式結(jié)構(gòu)，水平臺面為鋼板、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）；水平臺面上裝有伺服/比例系統(tǒng)測試裝置（用于做伺服/比例方向閥的位置、力控制實驗），此伺服/比例系統(tǒng)測試裝置由高強度槽鋼精制而成，能夠防止臺面變形以及實驗時保證*佳穩(wěn)定性。
3、系統(tǒng)采用蓄能器吸震，保證油源脈動小于額定壓力2.5%?；赜凸艿来?，系統(tǒng)回油壓力小于額定壓力3%。
4、伺服/比例系統(tǒng)位置、力控制實驗采用缸、模塊、閥集成式結(jié)構(gòu)，以槽鋼為基座，工作油缸與負載油缸或擋塊（滑輪、砝碼）安裝其上，并可拆卸互換。實驗者可根據(jù)不同負載形式模擬實際工況進行實驗。
結(jié)構(gòu)形式如下圖：
實驗裝置控制測試原理圖：
實驗原理：
實驗系統(tǒng)是位置控制系統(tǒng)，被控物理參數(shù)（即系統(tǒng)輸出）是負載滑輪位移Xo。計算機發(fā)出一個給定值（階躍信號），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u；由伺服放大器、伺服閥、加載液壓缸等組成的裝置使負載滑輪產(chǎn)生位移；位移量由光柵位移傳感器動態(tài)地檢測并通過光柵編碼器采集卡讀入計算機，構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)；控制*終目的是負載滑輪實際位移能準確地、快速地達到給定值。
該實驗測量系統(tǒng)對施加的階躍信號的動態(tài)響應；計算位置響應的時域性能指標：上升時間、峰值時間、調(diào)整時間、超調(diào)量、穩(wěn)態(tài)誤差等；檢驗數(shù)字PID控制器參數(shù)對時域性能指標的影響規(guī)律。動態(tài)響應特性的主要參數(shù)物理意義如下圖所示：
實驗裝置控制測試原理圖：
該實驗測量系統(tǒng)對施加的階躍信號的動態(tài)響應（輸出力的）；計算位置響應的時域性能指標：上升時間、峰值時間、調(diào)整時間、超調(diào)量、穩(wěn)態(tài)誤差等；檢驗數(shù)字PID控制器參數(shù)對時域性能指標的影響規(guī)律。動態(tài)響應特性的主要參數(shù)物理意義如下圖所示：
系統(tǒng)仿真步驟：
（1）建立實際系統(tǒng)（部件和元件）的數(shù)學模型，即用數(shù)學表達式來描述輸入輸出關系；
（4）系統(tǒng)動態(tài)特性分析，反復調(diào)整系統(tǒng)或控制器參數(shù)，獲得*佳設計參數(shù)。
7、電器控制系統(tǒng)為獨立的柜式控制單元，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)測試溫度達到國家標準以內(nèi)，有效排除油溫過高影響實驗精度的問題。
10、電源模塊帶三相漏電保護、輸出電壓380V/220V，對地漏電電流超過30mA即切斷電源；電氣控制采用直流24V電源，并帶有過壓保護，防止誤操作損壞設備。
11、實驗用液壓元件采用德國力士樂系列產(chǎn)品，具有高可靠性，嚴格按學校要求配置元器件。
12、實驗臺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、測速傳感器，以滿足各項實驗參數(shù)測試的需要。其它元件均采用國內(nèi)知名廠家的產(chǎn)品。
13、實驗臺設計合理，測試精度高，閉環(huán)位置控制精度可以達到0.1mm。
14、實踐性強，學生可自己設計實驗，學習掌握液壓系統(tǒng)原理與功能；分析診斷原理性故障。
三、控制測試系統(tǒng)
1、實驗臺的計算機控制測試系統(tǒng)由計算機、數(shù)據(jù)采集卡、接口板、傳感器和電磁閥等組成。采用計算機加采集卡及相應傳感器、變換電路組成信號發(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/比例閥測試CAT系統(tǒng)。
2、系統(tǒng)軟件的界面是用美國NI公司的LabVIEW開發(fā)的，軟件界面直觀性強，操作方便，功能齊全，交互性好，除具有實測功能以外，還具有虛擬教學的功能，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、控制測試系統(tǒng)實現(xiàn)實驗室參數(shù)（壓力、流量、轉(zhuǎn)速、位移等）的自動數(shù)據(jù)檢測，自動處理、存儲、自動生成實驗報告和打印輸出等功能。
4、系統(tǒng)能實現(xiàn)回路電磁閥的自動控制，提高了實驗臺操作的自動化和智能化水平。
四、技術參數(shù)
系統(tǒng)*高工作壓力：21Mpa
電動機：Y160M-4 額定功率：11KW 額定轉(zhuǎn)速：1440r/min（1臺）
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：5MCY14-1B 額定壓力：31.5Mpa 額定排量： 5ml/rev
外形尺寸：實驗平臺：1300×830×950mm 控制柜：1100×420×900mm
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