机动式平台调平电液控制系统设计（液压设计）论文
机动式平台调平电液控制系统设计（液压设计）[20200210123746]
本文根据平台调平系统在调平性能方面的要求，对平台的自动调平系统进行了分析与研究。在翻阅了国内外的诸多文献资料后，在了解了国内外平台调平系统发展的现状的基础上，分析了平台调平系统的关键技术，并针对关键技术拟定了平台调平系统的技术线路，以及总体技术方案。
在研究了平台调平调平系统部分对调平系统的工作原理进行分析理解以后确定了调平系统组成部分、选择了适合的调平策略、针对调平过程进行了分析与建模，提出了详细的调平方案。设计了电液调平系统，这其中包括了电液控制原理图以及主要的液压元器件的选型。用软件进行仿真，对调平策略进行了研究与分析。在经过仿真研究分析，本电液控制调平系统满足设计要求。
本文主要做了如下的主要工作：
1）简述了国内外平台调平系统的研究现状与发展情况。
2）采用比较分析的方法最终确定了采用4点调平方法。根据平台的实际情况，选择了对应最佳的调平策略，即采用了最高点不动“追逐式”调平策略。
3）对执行元件液压缸进行了设计计算、校核。对其他元器件进行了选型计算。
4）分析了PID控制策略相比于PI控制策略的优势，确定了采用PID控制。详细叙述并且对PID控制参数进行了选择，最终进行了仿真分析。
关键词: 调平系统 液压系统 液压缸 4点调平 PID控制
第一章 绪论 1。*查看完整论文请+Q: 351916072
1.1 课题来源 1
1.2 研究目的 1
1.3 研究意义 1
1.4 国内外研究现状分析 1
1.5 本文主要研究工作 2
第二章 调平方案的设计、选用以及技术要求 3
2.1 调平系统组成部分 3
2.2 调平系统基本方案 4
2.3 调平过程 5
2.4 调平策略 6
2.41设计特点分析 10
2.5 调平系统技术要求 11
2.6 其它要求 11
第三章 液压系统设计 12
3.1 液压系统主要组成部分： 12
3.2 液压缸设计 12
3.3 液压缸设计计算 12
3.3.1 液压缸主要尺寸以及工作压力的确定 12
3.3.2 缸筒变形计算 14
3.3.3 活塞杆的设计计算 14
3.3.4 活塞杆连接螺纹的计算 15
3.3.5 活塞的结构 16
3.3.6 液压缸的工作行程的确定 17
3.3.7 导向套的设计与计算 17
3.3.8 端盖和缸底的设计与计算 18
3.3.9 缸盖的内部连接强度计算 18
3.3.10 排气装置 19
3.3.11 液压缸的安装连接结构 20
3.3.12 液压缸主要零件的材料和技术要求 21
3.3.13 液压泵的选择 23
3.3.14 液压泵的驱动功率，选择电动机 24
3.3.15 过滤器 24
3.3.16油管与油箱设计选择 24
第四章 控制系统 27
4.1 实际的控制系统 27
4.1.1 开环控制系统 27
4.1.2 闭环控制系统 27
4.1.3 半闭环控制系统 28
4.2 闭环控制系统的组成 28
4.3 阀控液压缸电液——伺服控制方程 28
4.4 调平系统参数 31
4.5 常规控制算法 32
4.6 控制过程的基本概念 33
4.7 常规控制算法 34
4.8 调平系统的PLC实现以及系统构成 38
结 语 40
致 谢 41
参考文献 42
第一章 绪论
1.1 课题来源
本课题为自选课题。随着我国经济，国防等各方面飞速发展，平台调平也越来越受到重视，平台调平系统的研究越来越深入，这就需要我们不断地完善平台调平系统来为更多的设备服务。本文平台调平系统设计是为了提高车载调平系统的工作效率、提高其作业机动性，使得其的能发挥最大的工作作用。所以本文选择了这样一个课题进行研究讨论。
1.2 研究目的
本论文是针对现代高科技条件下的各种场合，对许多军用与民用设备自动调平系统进行研究。许多军用与民用设备正常工作是都需要一个高精度的水平平台，例如车载雷达，自行火炮，静力压桩机，重型车辆等。对平台水平度的调节是这些设备正常就位工作极重要的一环，因此提高重型车辆，军用设备，以及高空作业平台的机动性，缩短它们工作前的预调整时间提高它们的调平精度及工作的可靠性，是非常有必要的。
1.3 研究意义
现代高科技术无论是在民用还是在军用的平台上的应用是越来越广泛，研究越来越深，而平台调平在这些领域的应用也是相当广泛。例如在现代高科技战争对于自行火炮、车载雷达等设备的越野作战与战场生存能力提出了越来越高的要求。而平台调平在车载自行火炮、车载雷达起着关键作用；民用设备中重型设备以及重型结构件的运输任务急剧增加，其中，工作项目大多是超高、超宽、超重物件，这类大件的运输时工程中一个关键环节。重型车辆便是运输这类大件的最佳工具。由于运载物件吨位较大，而且工作环境比较恶劣，这就需要运载平台必须保持一定的水平精度，否则，可能会发生车毁人亡的重要事故。因此为了保证运输大件的安全性，防止倾翻或滑落，这类运输车辆需要设计一套自动调平系统，保证其正常工作。
1.4 国内外研究现状分析
国内的军用民用调平设备研究与应用起步较晚，所以这些设备主要采用的都是手动调整螺杆货液压千斤顶，通过目测气泡水平仪，由多人反复操作调节各螺杆支腿达到水平，近年来，这些设备都采用了自动调平系统，主要有机械式调平系统，和电液调平系统，这样大大缩短了调平时间。我国目前的液压调平系统是通过芯片PLC或是单片机来实现功能的。而国际上对液压自动调平系统研究都有了属于自己的专用芯片，它们在机械工作精度上，自动化程度上和系统响应速度都已经达到了很高的程度。现在液压自动调平系统一种比较先进的方法是采用NIOS II嵌入式处理器来实现液压自动调平系统工作的。
中国电子科技集团公司第14研究所研制的某高机动雷达车采用的液压调平系统，采用了高灵敏度，高精度的水平传感器作为水平误差的检测反馈元件，实现了闭环调节。3分钟内精度可达到0.05°以内。
华东电子工程研究所面向模块化技术制作的机电式自动调平装置，该装置使用滚珠丝杠传动，高功率晶体管模块驱动，双轴液体摆平和传感器等先进技术，精度可达0.05°以内，调平时间2分钟。
1.5 本文主要研究工作
研发民用自动调平系统有一系列的关键技术问题。需要解决包括设计方案、控制策略，结构设计、仿真分析等问题。本文只对该课题进行预先的初步研究，并做了以下几个方面的工作。
1)查阅了大量的国内外有关电液控制的调平系统的文献资料，了解国内外的发展状况和最新技术水平的基础上，分析并总结国内外的成功研发经验，比较了各方案的优缺点并结合本课题的实际情况拟定了自动调平系统的总体方案。
2)调平系统设计：对调平过程进行了分析，提出了可行的调平方案，对调平系统设备进行了选型，计算与校核，设计了调平系统。
3)控制模块设计：对PID控制算法与PI控制算法进行了对比，最终确定了采用PID控制算法，并且进行了模拟仿真分析。
第二章 调平方案的设计、选用以及技术要求
2.1 调平系统组成部分
调平系统由检测、执行机构和控制系统3部分组成，具体包括双轴水平传感器、阀控液压缸以及可编程控制器PLC。
1）检测装置为角度检测器，用来检测平台左右以及前后的不平度。其检测值的大小是系统判断是否进行调平的重要依据，其检测的精度的高低直接决定了系统的最终调平精度。
2）调平执行机构采用的是4个带有自锁功能的液压支腿，将其对称布置在平台的两侧，由响应的电液伺服阀控制，通过支腿的上下伸缩，实现平台的调平。
3）控制系统是自动调平系统的核心组成部分，常见的有计算机控制和可编程控制器两种形式。由于平台上不便放置计算机，而PLC具有高的可靠性和接口简易性，在这里本文选用PLC作为控制器，通过软件编程控制调平机构动作，实现平台的自动调平。
调平系统要解决的4个问题：
① 支撑方案
目前调平系统的支撑方案有几种，三点支撑、四点支撑、六点支撑等。三点支撑调平相对容易，缺点是抗承载能力差，必须增大支撑跨距以提高倾覆能力；四点、六点调平支撑可靠性强，抗倾覆能力强，但是存在静不定问题，容易产生“虚腿”，静不定次数越高，系统越复杂。从可靠性和成本上来考虑，本系统采用了四点支撑调平法。
本文根据平台调平系统在调平性能方面的要求，对平台的自动调平系统进行了分析与研究。在翻阅了国内外的诸多文献资料后，在了解了国内外平台调平系统发展的现状的基础上，分析了平台调平系统的关键技术，并针对关键技术拟定了平台调平系统的技术线路，以及总体技术方案。
在研究了平台调平调平系统部分对调平系统的工作原理进行分析理解以后确定了调平系统组成部分、选择了适合的调平策略、针对调平过程进行了分析与建模，提出了详细的调平方案。设计了电液调平系统，这其中包括了电液控制原理图以及主要的液压元器件的选型。用软件进行仿真，对调平策略进行了研究与分析。在经过仿真研究分析，本电液控制调平系统满足设计要求。
本文主要做了如下的主要工作：
1）简述了国内外平台调平系统的研究现状与发展情况。
2）采用比较分析的方法最终确定了采用4点调平方法。根据平台的实际情况，选择了对应最佳的调平策略，即采用了最高点不动“追逐式”调平策略。
3）对执行元件液压缸进行了设计计算、校核。对其他元器件进行了选型计算。
4）分析了PID控制策略相比于PI控制策略的优势，确定了采用PID控制。详细叙述并且对PID控制参数进行了选择，最终进行了仿真分析。
关键词: 调平系统 液压系统 液压缸 4点调平 PID控制
第一章 绪论 1。*查看完整论文请+Q: 351916072
1.1 课题来源 1
1.2 研究目的 1
1.3 研究意义 1
1.4 国内外研究现状分析 1
1.5 本文主要研究工作 2
第二章 调平方案的设计、选用以及技术要求 3
2.1 调平系统组成部分 3
2.2 调平系统基本方案 4
2.3 调平过程 5
2.4 调平策略 6
2.41设计特点分析 10
2.5 调平系统技术要求 11
2.6 其它要求 11
第三章 液压系统设计 12
3.1 液压系统主要组成部分： 12
3.2 液压缸设计 12
3.3 液压缸设计计算 12
3.3.1 液压缸主要尺寸以及工作压力的确定 12
3.3.2 缸筒变形计算 14
3.3.3 活塞杆的设计计算 14
3.3.4 活塞杆连接螺纹的计算 15
3.3.5 活塞的结构 16
3.3.6 液压缸的工作行程的确定 17
3.3.7 导向套的设计与计算 17
3.3.8 端盖和缸底的设计与计算 18
3.3.9 缸盖的内部连接强度计算 18
3.3.10 排气装置 19
3.3.11 液压缸的安装连接结构 20
3.3.12 液压缸主要零件的材料和技术要求 21
3.3.13 液压泵的选择 23
3.3.14 液压泵的驱动功率，选择电动机 24
3.3.15 过滤器 24
3.3.16油管与油箱设计选择 24
第四章 控制系统 27
4.1 实际的控制系统 27
4.1.1 开环控制系统 27
4.1.2 闭环控制系统 27
4.1.3 半闭环控制系统 28
4.2 闭环控制系统的组成 28
4.3 阀控液压缸电液——伺服控制方程 28
4.4 调平系统参数 31
4.5 常规控制算法 32
4.6 控制过程的基本概念 33
4.7 常规控制算法 34
4.8 调平系统的PLC实现以及系统构成 38
结 语 40
致 谢 41
参考文献 42
第一章 绪论
1.1 课题来源
本课题为自选课题。随着我国经济，国防等各方面飞速发展，平台调平也越来越受到重视，平台调平系统的研究越来越深入，这就需要我们不断地完善平台调平系统来为更多的设备服务。本文平台调平系统设计是为了提高车载调平系统的工作效率、提高其作业机动性，使得其的能发挥最大的工作作用。所以本文选择了这样一个课题进行研究讨论。
1.2 研究目的
本论文是针对现代高科技条件下的各种场合，对许多军用与民用设备自动调平系统进行研究。许多军用与民用设备正常工作是都需要一个高精度的水平平台，例如车载雷达，自行火炮，静力压桩机，重型车辆等。对平台水平度的调节是这些设备正常就位工作极重要的一环，因此提高重型车辆，军用设备，以及高空作业平台的机动性，缩短它们工作前的预调整时间提高它们的调平精度及工作的可靠性，是非常有必要的。
1.3 研究意义
现代高科技术无论是在民用还是在军用的平台上的应用是越来越广泛，研究越来越深，而平台调平在这些领域的应用也是相当广泛。例如在现代高科技战争对于自行火炮、车载雷达等设备的越野作战与战场生存能力提出了越来越高的要求。而平台调平在车载自行火炮、车载雷达起着关键作用；民用设备中重型设备以及重型结构件的运输任务急剧增加，其中，工作项目大多是超高、超宽、超重物件，这类大件的运输时工程中一个关键环节。重型车辆便是运输这类大件的最佳工具。由于运载物件吨位较大，而且工作环境比较恶劣，这就需要运载平台必须保持一定的水平精度，否则，可能会发生车毁人亡的重要事故。因此为了保证运输大件的安全性，防止倾翻或滑落，这类运输车辆需要设计一套自动调平系统，保证其正常工作。
1.4 国内外研究现状分析
国内的军用民用调平设备研究与应用起步较晚，所以这些设备主要采用的都是手动调整螺杆货液压千斤顶，通过目测气泡水平仪，由多人反复操作调节各螺杆支腿达到水平，近年来，这些设备都采用了自动调平系统，主要有机械式调平系统，和电液调平系统，这样大大缩短了调平时间。我国目前的液压调平系统是通过芯片PLC或是单片机来实现功能的。而国际上对液压自动调平系统研究都有了属于自己的专用芯片，它们在机械工作精度上，自动化程度上和系统响应速度都已经达到了很高的程度。现在液压自动调平系统一种比较先进的方法是采用NIOS II嵌入式处理器来实现液压自动调平系统工作的。
中国电子科技集团公司第14研究所研制的某高机动雷达车采用的液压调平系统，采用了高灵敏度，高精度的水平传感器作为水平误差的检测反馈元件，实现了闭环调节。3分钟内精度可达到0.05°以内。
华东电子工程研究所面向模块化技术制作的机电式自动调平装置，该装置使用滚珠丝杠传动，高功率晶体管模块驱动，双轴液体摆平和传感器等先进技术，精度可达0.05°以内，调平时间2分钟。
1.5 本文主要研究工作
研发民用自动调平系统有一系列的关键技术问题。需要解决包括设计方案、控制策略，结构设计、仿真分析等问题。本文只对该课题进行预先的初步研究，并做了以下几个方面的工作。
1)查阅了大量的国内外有关电液控制的调平系统的文献资料，了解国内外的发展状况和最新技术水平的基础上，分析并总结国内外的成功研发经验，比较了各方案的优缺点并结合本课题的实际情况拟定了自动调平系统的总体方案。
2)调平系统设计：对调平过程进行了分析，提出了可行的调平方案，对调平系统设备进行了选型，计算与校核，设计了调平系统。
3)控制模块设计：对PID控制算法与PI控制算法进行了对比，最终确定了采用PID控制算法，并且进行了模拟仿真分析。
第二章 调平方案的设计、选用以及技术要求
2.1 调平系统组成部分
调平系统由检测、执行机构和控制系统3部分组成，具体包括双轴水平传感器、阀控液压缸以及可编程控制器PLC。
1）检测装置为角度检测器，用来检测平台左右以及前后的不平度。其检测值的大小是系统判断是否进行调平的重要依据，其检测的精度的高低直接决定了系统的最终调平精度。
2）调平执行机构采用的是4个带有自锁功能的液压支腿，将其对称布置在平台的两侧，由响应的电液伺服阀控制，通过支腿的上下伸缩，实现平台的调平。
3）控制系统是自动调平系统的核心组成部分，常见的有计算机控制和可编程控制器两种形式。由于平台上不便放置计算机，而PLC具有高的可靠性和接口简易性，在这里本文选用PLC作为控制器，通过软件编程控制调平机构动作，实现平台的自动调平。
调平系统要解决的4个问题：
① 支撑方案
目前调平系统的支撑方案有几种，三点支撑、四点支撑、六点支撑等。三点支撑调平相对容易，缺点是抗承载能力差，必须增大支撑跨距以提高倾覆能力；四点、六点调平支撑可靠性强，抗倾覆能力强，但是存在静不定问题，容易产生“虚腿”，静不定次数越高，系统越复杂。从可靠性和成本上来考虑，本系统采用了四点支撑调平法。
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