电池极片轧机液压伺服专业系统设计.doc

目录
第一章 电池极片轧制技术简介 3
§1-1 电池极片的轧制 3
一、电池极片轧制的要求 3
二、影响电池极片轧机辊压精度的主要因素 4
§1-2 电池极片轧机 8
一、电池极片轧机的现状和应用 8
二、电池极片轧机的分类 9
第二章 电池极片轧机的主要技术参数和要求 12
§2-1 甲方提供的极片轧机主要技术参数 12
§2-2 初选极片轧机系统参数 12
§2-3 电池极片轧机元件的初选 15
第三章 极片轧机液压伺服控制系统的传递函数 20
§3-1 系统各环节的传递函数 20
§3-2 位置反馈系统的传递函数 27
§3-3 压力反馈系统的传递函数 27
第四章 极片轧机液压伺服控制系统的性能分析 29
§4-1 仿真数据汇总 29
§4-2 系统仿真 30
一、位置控制 30
二、力控制 33
第五章 电池极片轧机液压元件的选取 36
§5-1 极片轧机液压伺服控制系统原理图 36
§5-2 实验室搭建系统简化回路 38
§5-3 液压元件的选取 38
§5-4 阀块的设计 41
第六章 电液伺服阀的使用 45
§6-1 伺服放大器的选用 45
§6-2 电液伺服阀的使用维护说明 47
一、液压系统污染度要求 47
二、安装要求 47
三、维修保护 48
四、伺服阀的故障、原因及排除 48
第七章 个人感想 50
参考文献 53

第一章 电池极片轧制技术简介
§1-1 电池极片轧制
一、电池极片轧制规定
电池极片轧制过程是电池极片由轧辊与电池极片间产生摩擦力拉进旋转轧辊之间，电池极片受压变形过程。电池极片轧制不同于钢块轧制，轧钢过程是一种铁分子沿纵向延伸和横向宽展过程，其密度在轧制过程中不发生变化；而电池极片轧制是一种正负极板上电池材料压实过程，其目在于增长正极或负极材料压实密度，适当压实密度可增大电池放电容量，减小内阻，减小极化损失，延长电池循环寿命，提高锂离子电池运用率。通过实验，适当正极材料压实密度约在之间，负极约为。但压实密度过大或过小时，不利锂离子嵌入或脱嵌。因而，电池极片实行滚压时，轧制力不适当过大也不适当过小，应符合电池极片材料特性。极片过压后，普通会浮现极片上材料剥落、粘辊、极片表面平直度差、极片硬化、吸液性差不良现象，导致极片分切时毛刺浮现几率大、微短路、低电压、负极表面金属锂析出和电池容量比下降等不良现象。因而，电池极片轧制须满足下列几种条件：1、减少极片在轧制过程中延伸量和宽展量，并减少微孔架构破坏；2、保证极片轧制厚度一致性及极板平整度；3、减少极片在轧制后表面材料反弹率。4、适当轧制力。当前，轧制力大小普通为经验值，由各厂家经实验给出。
电池极片轧制辅助办法普通为给极片施加一定张力及给电极片实行热轧。在轧制过程中给极片施加一定张力，可变化极片塑性曲线斜率，使在不变化辊缝状况下，保持极片轧后其厚度一致性。
二、影响电池极片轧机辊压精度重要因素
影响电池极片轧机轧制厚度因素重要有如下几项：
1） 轧制力
2） 机座刚度
3） 轧辊因弯曲力和剪切力而引起挠度
4） 轧辊形位公差精度
5） 轧辊弹性压扁
6） 电池极片原始厚度
7）轧制中心线一致
8）张力
9）轧制温度
10）轧制速度
下面就以上影响电池极片辊压精度重要因素简朴分项阐述一下。
（一）轧制压力
轧制压力，是电池极片受压变形时电池极片作用于轧辊上总压力垂直分量。实验证明，单位压力在变形区内分布是不均匀，且不便计算。因而，要得到较精确数据，就需要用实际测量办法。影响轧制压力重要因素有：1、电池极片绝对压下量；2、轧辊直径；3、电池极片宽度；4、电池极片初始厚度；5、轧制温度；6、轧辊与电池极片间摩擦系数；7、电池极片材料组分；8、轧制速度。电池极片压下量，普通为30%-35%，压下量越大，所需轧制力就越大。在其她条件一定期，增大或减小轧辊直径，会变化轧辊和被轧电池极片接触面积，增大或减小轧辊与电池极片外摩擦力，进而使轧制力增大或减小。
（二）机座刚度
谈到机座刚度问题，就涉及到机座弹性变形。机座弹性变形重要涉及轴承座、压下或压上装置等零件产生压缩变形，机架拉伸变形等。提高轧机机座刚度办法为：增长牌坊横截面积、缩短应力回线距离、增大轧辊辊身直径、给轧机在轧制前施加预应力等。
（三）轧辊因弯曲力和剪切力而引起挠度
轧辊因弯曲力和剪切力而引起挠度，是影响电池极片横向厚度差重要因素。电池极片板型控制涉及电池极片平直度、横截面凸度（极片凸度）和边部减薄量三项内容。极片平直度是指电池极片纵向形状平直限度，即电池极片纵向有无波浪形或瓢曲。普通是电池极片轧制时，因纵向延伸量不均匀导致，而从实质上看，是电池极片内部产生了不均匀残存应力。电池极片凸度是电池极片沿宽度方向中心处厚度与边部处厚度厚度差，也可称为横向厚差。边部减薄量是在电池极片轧制时发生在极片边部一种特殊现象，发生此现象因素有2个：1）电池极片与轧辊压扁量，在轧件边部明显减小；2）轧件边部横向流动要比内部容易。这也进一步减少了极片边部轧制力及其与轧根压扁量，使轧件边部减薄量增长。除设定一定辊型来控制板型外，板型控制老式办法有两种：辊温控制法和液压弯辊控制法。辊温控制法由于轧辊自身热容量大，升温或降温都需要较长过渡时间，而急冷急热又易使轧辊损坏，故此办法不常采用。液压弯辊法是将液压缸压力作用在轧辊辊径处使轧辊产生附加弯曲，以补偿由于轧制力和轧辊温度等因素变化而产生轧辊有载辊缝变化，从而获得良好板型。但对于电池极片轧辊来说，由于轧辊长径比，也就是轧辊辊身长度L与轧辊直径D比值，即L/D比值普通不大于或等于1，实行液压弯辊效果不言自明，并且，液压弯辊要受到轧辊轴承寿命和电池极片轧辊特殊构造及轧辊局部受力集中档因素限制。自20世纪70年代以来，轧钢行业板型控制技术和具备较好板型控制能力新型板带轧机得到了较大发展。其技术路线方向为：一、增长有载辊缝刚度；二、加大轧辊原始辊缝调节范畴。采用提高辊缝刚度系数来增长板型控制能力，此种办法，显然是不能以恒定轧辊原始辊型来适应各种轧制状况，为了使轧辊原始辊型（或有载辊型）能适应轧制状况变化而作相应变化，详细到电池极片轧机板型控制上，当前可以采用办法为加大轧辊辊径以便增长有载辊缝刚度。至于加大轧辊原始辊缝调节范畴，国内还处在方案论证阶段。但在轧钢领域，无论是HC轧机、UC轧机、CVC轧机、PC轧机、还是VC轧机，都是通过轧辊轴向移动或轧辊辊型上凸度变化来调节轧机有载辊缝，使其抵消由轧制力引起轧辊弹性变形，以获得良好板型。此技术在电池极片轧机上应用还处在研发阶段。
（四）轧辊弹性压扁
轧辊偏心直接会对电池极片滚压精度产生影响。但是，轧辊在轧制过程中会发生弹性压扁现象。因而，轧辊偏心在一定范畴内不会对电池极片滚压精度产生大影响，这一点可以通过计算加以验证。下面以直径0.5m电池极片轧机为例，轧制力为1500kN时，轧辊弹性压扁量。
轧辊之间弹性压扁量
其中： r为轧辊材料泊松比，9Cr2Mo泊松比为0.3；E为轧辊弹性模量，其值为Par；q为作用在轧辊辊身上单位负荷。
其中p为轧制力，1500Kn；L为轧辊辊身长度，0.55m；D为轧辊直径，0.5m，则：

两轧辊之间弹性压扁量为：
δ=

则上辊或下辊弹性压扁量为：
轧辊辊身直径从0.5m变为0.5000003m(即轧辊直径增大了3um)时，轧辊弹性压扁量从45.1116713um增大到45.1116934um,增长了0.0000221um,从增长数值来看，增量可以忽视不计。由此可以得出这样结论：轧辊装机辊跳在一定小范畴内变化，不会影响轧机滚压精度，且轧机滚压精度在范畴上应不大于轧机装机辊跳精度。轧机装机辊跳与轧机滚压精度，其详细函数关系，尚有待实验与论证。
（五）电池极片原始厚度
当前涂布技术，涂布精度越来越高，涂布厚差可控制到±1um，而电池极片轧制过程是一种电池材料被压实过程，因而，这样级别厚度差别对轧件轧后厚度影响可以忽视不计。
（六）轧制中心线一致
在电池极片轧制过程中，须保持轧制中心线一致性。一旦两个轧辊轴线相交叉，轧辊辊缝即发生变化，离轧辊轴线交叉点愈远，其辊缝就变得愈大，并且辊缝变化也与轧辊轴线交叉角关于。尚有一种状况是，两个轧辊轴线先后错开，这样会导致轧制力不均衡。以上两种状况，都会影响电池极片轧制厚度与板型，严重时，还会导致电池极片轧机零部件损坏。
（七）张力
调节电池极片张力可变化电池极片材料塑性，进而对电池极片轧制厚度进行控制。但为了防止拉断电池极片，电池极片张力调节范畴不适当过大。
（八）轧制速度
电池极片轧制速度，重要跟轧机构造和强度、减速电机转速及转矩、设备机械化与自动化水平等一系列因素关于。此外，轧制速度变化影响到轧制温度、张力以及轧辊与电池极片摩擦系数等因素。通过控制轧制速度，可控制电池极片轧制厚度。至于电池极片热轧问题，请人们参照《浅述电池极片垫轧对锂离子电池品质影响》一文。
§1-2 电池极片轧机
一、电池极片轧机现状和应用
当前，国内外锂电池生产厂家基本上在电池极片滚压工序上实现了全自动持续轧制。辊压机辊径从此前200、300、400、500、600向800、1000增进；辊压精度从此前±0.005mm、±0.003mm向±0.002mm甚至±0.001mm提高；辊压速度从此前每分钟几米到每分钟几十米速度发展。在这里须阐明是：轧辊辊径越大，其滚压过程越近乎平压。依照前文所述电池极片滚压条件1，大辊径辊压机减小极片在滚压时压入角，减少极片纵向延伸量及横向宽展量，使极片涂层材料微观构造不受破坏，不影响注液后极片吸液量，使正负极片之间离子能正常嵌入及脱嵌。同步也避免极片后来分切时因极片内部应力释放而产生矩蛇形及翻转现象。另一方面，随着动力电池及储能电源蓬勃发展。锂离子单体电池也从最早18650到32650，有厂家甚至把单体电池直径做到了四十几，并且动力电池模块往往是几十个甚至几百个电池组合到一起，这就意味着，它对电池在充放电时电压、电流上一致性规定也就越发严格。归结到电池极片轧制上，一方面得保证电池极片厚度上、板型上一致性。
二、电池极片轧机分类
电池极片轧机以发展角度来讲是从轧钢机械演变过来。普通由机架某些、传动某些及电控某些构成。其种类大体可分为四种类型：1、普通型;2、无牌轧机，也叫短应力线轧机；3、短变应力线轧机；4、AGC轧机。若以传动方式不同又可分为单电机驱动，和双电机驱动两种类型。下面就谈一谈无牌坊极片轧机，短变应力轧机及AGC轧机在构造上不同之处和其轧制功能上差别。
（一）无牌坊轧机
无牌坊轧机即短应线轧机，这种轧机构造与普通轧机不同。为了获得短应力线效果，它去掉了牌坊，由4个拉杆、上下轧辊及轴承座、螺母、压上装置、机床以及传动装置构成，是一种高刚度轧机。刚度之因此高，是由于采用了短应力线构造。应力线是指轧制压力所通过路线，其长度为工作机架中受力零件长度之和。如普通型极片轧机，轧制时轧制力作用在轧辊上，再通过轴承、轴承座、压上或压下装置传给机架，应力作用线较长。短应力线轧机变化了工作机床老式构造，使协调变形边界线从牌坊中心转移到预应力拉杆与锁紧螺母之间，缩短了应力线长度，提高了机床刚度系数。依照轧机机架弹跳方程h≈S0+可知，机床刚度系数愈大，机床刚度愈好则机架弹性变形愈小，可使轧件获得较高尺寸精度，这对极片轧机大为重要。
（二）短变应力线轧机
短变应力线轧机不像短应力线轧机那样，为缩短应力线长度而放弃了赖以支撑牌坊，短变应力线轧机注重是真正影响轧辊辊缝变化那某些受力零件刚度系数，是一种发展了预应力轧机。它辊缝由可变厚度中间斜楔调节，轧制力直接由压上和压下液压缸施压。在轧机机座中，除轧辊外，轧制工作前所有机座构件均承受预紧力，产生了预压缩或预拉伸变形。当承受轧制力作用同步，机座是一种静不定受力系统。中间承压件重要作用为使协调变形边界从普通预应力轧机机架上下边沿，一下子移动到了轧辊轴承外圈，这样一来，其轧制应力比光牌坊轧制轧制应力线还短，并且中间承压件、轧辊轴承受力面积大，长度短，依照胡克定律可知，其刚度系数远远高于无牌坊轧机丝杆刚度系数，从而大大提高了机架刚度，为电池极片精准轧制提供了保障条件。此外，短变应力线轧机还具备普通轧机不具备消振和自安全保护作用。
（三）AGC电池极片轧机
AGC电池极片轧机即采用液压压下自动厚度控制系统液压AGC电池极片轧机（Automatic Gange Control)，AGC系统由测厚、厚度比较及辊缝调节构成。依照电池极片测厚办法，AGC可分为直接测厚法AGC，间接测厚P-AGC，及预控AGC。预控AGC是开环系统，不能检查控制效果，其控制精度只能取决于计算精度，为了提高控制精度，预控AGC往往与P-AGC联合使用。液压AGC不但惯性小，响应速度快，控制精度高，并且还可以进行机床当量刚度控制，以便适应电池极片不同轧制工艺规定。
当前，国内市场内普通型轧机不少，严格意义上无牌坊轧机及短变应力很少见，而AGC电池极片轧机国内还处在研发试制阶段。但是，就国内外整个电池极片辊压机发展趋势来看，人们都向高辊压精度、高生产率、操作上高自动化发展，电池极片自由程序轧制也许在3-5年内实现。

第二章 电池极片轧机重要技术参数和规定
§2-1 甲方提供极片轧机重要技术参数
（一）两辊轧机采用工作辊平衡；
（二）最大轧制力：双侧200T；
（三）最大工作速度：5mm/s，快抬速度：20mm/s；
（四）压下液压缸最大行程：20mm；
（五）动态性能规定：
序号
名称
性能指标
单位
备注
1
系统幅频宽
12 Hz -3dB （0.1mm幅值）
2
阶跃响应
38ms/0.1mm

3
压力控制偏差
1
T

4
位置偏差
2
μm

§2-2 初选极片轧机系统参数
（一）系统压力和缸径初选
初选系统压力，缸径300/240-25mm,
则单缸最大轧制力：

双侧则为220T。
但是要拟定轧机应当长期工作在150T位置上，这一点很重要。液压动力机构能输出200T力，但是速度很慢，也就是说动特性很差。
如果按照最佳匹配取作为供油压力，系统供油压力将提高，或者继续增长液压缸面积，加大系统流量。
（二）背压选用
本轧机是二辊轧机，轧辊和轴承尺寸如下图：

图2-1 轴系尺寸示意图

图2-2 轴承座尺寸示意图
可动部件质量为：

如果是系统需要伺服液压缸杆腔背压压力回程，那么压力就需要克服可动部件重力：

但是在轧机系统中，普通有平衡机构，就是用平衡缸将辊系可动部件重力平衡掉，并且尚有一定过平衡系数，这时背压腔压力就是保持有杆腔始终通有油液，这时候值可以获得很小，本例中只取1MPa。
这个值选用并不影响系统动态特性，系统动态特性与无杆腔压力及供油压力关于，背压恒值对其无影响。但是要注意背压腔基本上是减压溢流形式，其动态特性对系统会有一定影响。
而在系统浮现特殊状况需要快抬时候，可以将背压腔压力增大些，提高启动速度，防止浮现缠辊事故。
（三）流量计算
系统在正常压制时、快下时及快抬时有不同速度，相应流量也不相似。
（1）正常压制时，按最大速度v=5mm/s计算：

双侧则为48.2L/min ，
取比例系数1.1话，需要流量47 L/min，压力16MPa；
（2）快抬时压下缸流量，按快抬速度v=20mm/s计算：

双侧则为84.4L/min，工作压力不大于8MPa。

§2-3 电池极片轧机元件初选
（一）液压泵选用
依照极片轧机快抬时双侧压下缸流量，所选泵为力士乐A10VSO45DR，排量为，流量，加上蓄能器可以满足流量需求。
（二）伺服阀选用
选用伺服阀：依照执行元件按照最佳负载匹配条件求得最大负载流量和压力，计算伺服阀压降，再依照和计算伺服阀样本相应参数，按照样本给出阀压降和样本给出额定负载流量选伺服阀型号及规格。办法如下：
（1）计算阀压降

这里要注意轧机中采用是单腔控制，故单腔压降就是5.33MPa。
（2）伺服阀样本相应参数，最大负载流量，阀压降计算样本中给定流量：

这里要注意是阀样本中给定是双边7MPa（145PSI=1MPa）时流量，而换算成单边就只要是3.5MPa。
再依照伺服阀样本压降及额定流量，选用伺服阀型号。
注意：为补偿某些未知因素，建议额定流量选取要大10%。采用19L/minMoog伺服阀G761-3003H19。

图2-3 伺服阀样本
（三）电机功率选用
电机功率取泵流量42L/min来计算：

取15Kw应当可以。
（四）蓄能器选用
伺服系统中蓄能器有两种用途，辅助油源和用于消除伺服阀前压力脉动。辅助油源是指在系统需要迅速运动所需流量较大，这时要是所有由油泵来提供，流量就会选用很大，可以采用蓄能器来做辅助油源。
轧机在进行快抬时，需要压力很小，但是流量较大，在选泵时将流量恰当获得小一点，采用泵加上蓄能器进行供油方式。
本系统为高压系统，故选用皮囊式蓄能器。它具备空气与油隔离，油不易氧化，尺寸小，重量轻，反映敏捷，充气以便等长处。皮囊预充氮气，液体阀门关闭，防止皮囊卸压；一旦达到最小工作压力，需要有少量液体留在皮囊和单向菌阀之间管路中（约为公称体积10%）防止皮囊撞击菌阀。

图2-4 皮囊式蓄能器

蓄能器容积计算：
蓄能器总容积 ，即充气容积。依照波义耳定律：

蓄能器工作在绝热过程（t＜1min）时，n=1.4,其总容积为：

式中： 冲气压力；
最低工作压力；
最高工作压力；
有效工作容积。
（1）计算，系统最高压力为16Mpa，因此取：

（2）计算，从延长皮囊式蓄能器使用寿命考虑，。作为辅助动力源蓄能器，为使其在输出有效工作容积过程中液压机构压力相对稳定些，普通推荐：

故：

取：

（2）计算，在保护胶囊，延长其使用寿命条件下有：

取：

（3）计算，蓄能器在最大工作压力与最小压力所相应容积之差，就是有用流体体积：

则系统流量差为：

将以上所计算参数带入方程得：

再依照蓄能器充气容积选用蓄能器型号：
蓄能器选用NXQ1-63/31.5-H，公称容积为63L，共需要1个。
此外在伺服阀前尚有用于消除系统压力脉动蓄能器，系统比较小，这里直接选用NXQ1-1/31.5-H，公称容积为1L，共需要一种。

图2-5 蓄能器样本

第三章 极片轧机液压伺服控制系统传递函数
§3-1 系统各环节传递函数
系统动态特性：液压压下系统构成重要有：控制调节器、放大器、电液伺服阀、压下缸、轧机负载、检测传感装置。
因而，分别建立各个元件数学模型就可以搭建出整个液压压下系统数学模型。极片轧机压下系统控制示意图如下图所示：
图3-1 极片轧机控制示意图
（一）控制调节器传递函数
控制调节器采用PID调节器，传递函数如下：

式中， 比例放大系数
积分放大系数
（二）伺服放大器传递函数
伺服放大器是将电压信号转换成电流信号，可将其看作一比例环节，比例系数：

（三）电液伺服阀传递函数
电液伺服阀模型是由它控制动力元件固有频率决定，液压动力机构固有频率为：

大概为25Hz，G761-3003伺服阀动态频响曲线如下图所示：

图3-2 伺服阀动态频响曲线
由图可知，伺服阀频宽敞概为100HZ。当伺服阀频宽（100HZ）不不大于液压固有频率（25HZ）3-5倍时，伺服阀可近似看为惯性环节：

（即相角滞后45°时频率值），为伺服阀放大系数(m/A)，把它和伺服阀输出流量一并考虑；
以伺服阀阀芯位移作为输入信号，伺服阀输出流量方程为

式中 Cd 滑阀阀口流量系数；
W 伺服阀阀芯面积梯度(mm)；
ρ 油液密度(kg/m3)；
PS 供油压力(Mpa)；
PL 有杆腔压力(Mpa)。
伺服阀样本中给出流量公式为：

因此可得出：

反之，当时，也是如此。
（四）液压动力元件传递函数
三通阀控缸原理如下图：

图3-3 阀控缸原理图
为了推导液压动力元件传递函数，一方面要列写出基本方程，即液压控制阀流量方程、液压缸流量持续性方程和液压缸与负载力平衡方程。
1.伺服阀流量方程：

由此式可得、、

得到阀线性化流量方程：

2.流体持续性方程：

式中， Ctp 总泄漏系数(m3/s.Mpa)；
Vt 控制腔容积(m3)；
βe 油液体积弹性模量(Mpa)；
xp 上辊系质心位移(m)；
Ah 活塞有效面积(m2)。
3.液压缸和负载力平衡方程：
实际轧机是一种复杂多自由度质量分布系统，为便于分析以及实时仿真计算速度需要，将实际轧机负载简化为一种一自由度弹簧质量系统。负载力普通涉及惯性力、粘性阻尼力、弹性力和任意外负载力。现做简化解决，只考虑惯性力和弹性力作用，得负载方程：

4.阀控液压缸方块图
由以上求出三个基本方程

可画出阀控液压缸方块图：

图3-4 位置反馈回路方块图
由方块图可求得传递函数：

式中，
压力总增益

总流量-压力系数

惯性环节转折频率

液压弹簧刚度

综合固有频率

液压固有频率

综合阻尼比

也可画出阀控液压缸方块图：

图3-5 力反馈回路方块图
由方块图可求得传递函数：

式中，
负载固有频率

惯性环节转折频率

综合固有频率

液压固有频率

综合阻尼比

§3-2 位置反馈系统传递函数

由上述分析已知系统各环节传递函数，将系统各环节传递函数并在一起可以得到位置反馈回路传递函数：

图3-6 位置反馈回路

§3-3 压力反馈系统传递函数

同理可得到压力反馈回路压力反馈传递函数：

图3-7 力反馈回路

第四章 极片轧机液压伺服控制系统性能分析
§4-1 仿真数据汇总
序号
符号
名称
数值

序号
符号
名称
数值
1

PID比例放大系数
待定
9

阀控缸综合固有频率
670rad/s
2

PID积分放大系数
待定
10

阀控缸综合阻尼比

3

伺服放大器比例系数

11

阀控缸压力总增益

4

伺服阀放大系数
1
12

外负载刚度

5

伺服阀流量系数

13

无杆腔面积

6

伺服阀惯性环节
转角频率
440rad/s
14

负载固有频率
447rad/s
7

总流量-压力系数

15

位置反馈反馈系数
500V/m
8

阀控缸惯性环节
转角频率
0.1rad/s
16

力反馈反馈系数

依照以上仿真参数，可写出电池极片轧机开环传递函数：
1.位置控制：

2.力控制：

§4-2 系统仿真
一、位置控制
运用MATLAB程序可对系统进行分析。为了获得良好动态响应性能，重复对PID控制器中比例系数、积分系数和微分系数进行整定，试凑法拟定PID参数环节为：
（1）一方面只整定比例某些。即将比例系数由小变大，并观测相应系统响应，直到得到反映快，超调小响应曲线。如果系统么眼静差或者静差已小到容许范畴内，并且响应曲线已属满意，那么只须用比例调节器即可。
（2）如果在比例调节基本上系统静差不能满足设计规定，则须加入积分环节，整定期一方面置积分时间TI为一较大值，并将经第一步整定得到比例系数略为缩小，然后减小积分时间，使在保持系统良好动态性能状况下，静差得到消除。依照响应曲线好坏重复变化比例系数和积分时间，以期得到满意控制过程与整定参数。
（3）若使用比例积分调节器消除了静差，但动态过程经重复调节仍不能满意，则可加入微分环节，构成比例积分微分调节器。在整定期，可先置微分时间TD为零。在第二步整定基本上，增大TD，同步相应地变化比例系数和积分时间，逐渐凑试，以获得满意调节效果和控制参数。
依照以上所述试凑法，获得较满意PID参数如下：
KP=2e6;
KI=1;
KD=0

matlab程序如下：

clear
Bete=7e8;
Kp=1e9;
Mt=1e4;
Be=2e7;
Kc=2.5e-14;
cic=5e-14;
Kce=5e-14;
Kfs=500
Kq=[19e-3/60/(sqrt(3.5e6))*sqrt(24e6)]/0.04;
Ps=16e6;
D=0.3;
d=0.24;
L=0.02;
Aw=pi/4*(D^2);
Ay=pi/4*(D^2-d^2);
V0=Aw*L;
Ka=4e-3;
Kps=5e7;
Kh=Aw^2*Bete/V0;
Wr=Kce/(Aw^2*(1/Kh+1/Kp));
Wh=sqrt(Kh/Mt);
W0=Wh*sqrt(1+Kp/Kh);
kersi=0.35;
Wsv=439;
num1=Ka*Kps*Kfs*Aw/Kp;
den1=[1/Wr 1];
den2=[1/W0^2 2*kersi/W0 1];
den3=conv([1/Wsv 1],conv(den1,den2));
KPP=2e6；
KII=1；
KDD=0；
num4=[KDD KPP KII];
den4=[1 0];
num=conv(num1,num4);
den=conv(den3,den4);
margin(num,den)
sys1=tf(num,den)
sys=feedback(sys1,1)
figure(2)
step(sys)
figure(3)
bode(sys)

运营以上程序后，可得到位置控制系统动态性能参数和仿真曲线图：
由图4-1可得出开环系统幅值裕度为12.2db，相角裕度为70.1deg，满足系统稳定规定。
由图4-2可看出系统达到了38ms/0.1mm阶跃响应规定，且位置控制精度控制在1μm内，满足系统迅速响应和高精度控制规定。
由图4-3可得出闭环系统频宽为27HZ，满足系统迅速性规定。

图4-1 位置控制系统开环伯德图

图4-2 位置控制系统单位阶跃响应图

图4-3 位置控制系统闭环伯德图
二、力控制
用试凑法，获得较满意PID参数如下：
KP=12;
KI=0.1;
KD=0

matlab程序如下：

clear
Bete=7e8;
Kp=1e9;
Mt=1e4;
Be=2e7;
Kc=2.5e-14;
cic=5e-14;
Kce=5e-14;
Ka=4e-3;
Kq=[19e-3/60/(sqrt(3.5e6))*sqrt(24e6)]/0.04;
Ps=16e6;
D=0.3;
d=0.24;
L=0.02;
Aw=pi/4*(D^2);
Ay=pi/4*(D^2-d^2);
V0=Aw*L;
Kh=Aw^2*Bete/V0;
Kff=5e-6;
Wr=Kce/(Aw^2*(1/Kh+1/Kp));
Wh=sqrt(Kh/Mt);
W0=Wh*sqrt(1+Kp/Kh);
Wm=sqrt(Kp/Mt)
kersi=1.5;
Wsv=439;
num1=[1/(Wm^2) 0 1]*Ka*Kq*Aw*Kff/Kce;
den1=[1/Wr 1];
den2=[1/W0^2 2*kersi/W0 1];
den3=conv([1/Wsv 1],conv(den1,den2));
KPP=12；
KII=0.1；
KDD=0；
num4=[KDD KPP KII];
den4=[1 0];
num=conv(num1,num4);
den=conv(den3,den4);
margin(num,den)
sys1=tf(num,den)
sys=feedback(sys1,1)
figure(2)
step(sys)
figure(3)
bode(sys)

运营以上程序后，可得到力控制系统动态性能参数和仿真曲线图：
由图4-4可得出开环系统幅值裕度为29.8db，相角裕度为70.1deg，满足系统稳定规定。
由图4-5可看出系统达到了80ms/0.01N阶跃响应规定，且力控制精度控制在0.01N内，满足系统迅速响应和高精度控制规定。
由图4-6可得出闭环系统频宽为12HZ，满足系统迅速性规定。

图4-4 力控制系统开环伯德图

图4-5 力控制系统单位阶跃响应图

图4-6 力控制系统闭环伯德图

第五章 电池极片轧机液压元件选用
§5-1 极片轧机液压伺服控制系统原理图

图5-1 系统原理图
序号
名称
数量
作用
1
减震喉
1
软性连接
2
减震台
1
削弱液压泵工作引起振动
3
液压泵
1
提供工作压力流量
4
过滤器
3
过滤油液
6
溢流阀
1
限定系统最高工作压力
7
压力继电器
4
压力测量
8
蓄能器A
2
为压下缸快抬时提供大流量
9
压力表
4
显示管路油液压力值
10
减压阀
3
二次降压
11
二位四通阀
1
选取油路
12
蓄能器B
2
消除削弱伺服阀前油液流量脉动和压力脉动
13
伺服阀
2
控制进入油缸油液流量和压力
14
二位二通阀
2
选取油路
15
安全阀
2
限制压下缸最高工作压力
16
压下缸
2
动力输出元件
17
蓄能器C
1
消除削弱系统背压腔流量脉动和压力脉动
18
背压阀
1
保证系统在一定背压下工作
压下缸动作：

KA1
KA2
KA3
压下缸工作
-
-
-
压下缸快抬
+
+
+

§5-2 实验室搭建系统简化回路
运用实验室既有液压元件搭建系统简化回路，虽不能对系统性能做出精确测试和分析，但可以协助咱们理解系统回路构造原理、系统工作过程以及验证所设计系统可行性，可操作性和可靠性。咱们从中还可以锻炼动手能力。这在一定限度上来说是很故意义。

图5-2 实验室简化回路图
§5-3 液压元件选用
在2-3节中，已经对某些液压元件进行了初选，本节将对剩余液压元件进行选用。
已选用液压元件有：
序号
名称
型号
数量
阐明
1
泵
力士乐A10VSO45DR
1
排量
2
伺服阀
Moog伺服阀G761-3003H19
2

3
蓄能器A
NXQ1-63/31.5-H
2
公称容积63L
4
蓄能器B、C
NXQ1-1/31.5-H
3
公称容积1L
（一）伺服油缸选取
1）伺服油缸出厂前重要规定如下检测：
（1）静态特性测试
保证油缸具备足够机械强度和刚度以及良好密封性。涉及内、外泄漏测试、耐压测试、空载往复测试、爬行测试、摩擦力特性测试等，提供相应曲线 。
（2）动态特性测试
频率响应测试范畴达到10HZ以上，精度符合国家有关原则规定，提供辐频和相频特性曲线。
2）普通在提出规定期多是：
（1）采用进口知名品牌密封，例如特瑞堡、洪格尔等；
（2）启动压力0.05MPa；
（3）伺服缸清洗达到NAS 6级，清洁限度衡量只能是对方提供合格证书，普通国产都不太达标，需要安装迈进行冲洗。
3）依照以上规定，油缸选用力士乐RC 17331 重载型液压缸。
（二）滤油器选取
滤油器，压力滤油器100L/min，阀前名义精度3μ，别的5μ，回油160 L/min，5μ，洗油为160L/min，5μ。冲洗完毕后，需要从系统中采出油样到专业检查部门化验合格后方才准许安装伺服阀。油液取样点并没有特殊规定，如果要是说合理话，应当是回油滤油器之前位置。包括位移传感器（索尼磁尺、压力传感器）选用，辨别率要高于系统偏差规定3~5倍，同步注意量程和动态响应时间。选用和伺服阀相应伺服放大器。
依照以上规定，选用贺德克DFBN/HC160P10D1.X/-V-L24-B6滤油器。
（三）溢流阀选取
选取力士乐RC 25402直动式溢流阀 DBD型即可满足规定。
（四）减压阀选取
选取力士乐RC 26564直动式减压阀 DR6DP型即可满足规定。
（五）换向阀选取
选取力士乐RC 22058电磁换向阀即可满足规定。
（六）单向阀选取
选取力士乐RC 20375管式单向阀即可满足规定。
序号
名称
型号
数量
备注
5
油缸
力士乐RC 17331 重载型液压缸
2

6
滤油器
贺德克DFBN/HC160P10D1.X/-V-L24-B6
3

7
溢流阀
力士乐RC 25402直动式溢流阀 DBD型
2

8
卸荷阀
力士乐RC 25802先导式溢流阀 DBW型
2

9
二通阀
力士乐RC 18136-06/02.07
2

10
减压阀
力士乐RC 26564直动式减压阀 DR6DP型
3

11
四通阀
力士乐RC 22058电磁换向阀
1

12
单向阀
力士乐RC 20380插装式单向阀
3

13
截止阀
J41B-200
10

14
压力继电器
力士乐RC30276压力传感器
4

§5-4 阀块设计
（一）液压阀块设计准则
阀块是指用作油路分、集和转换过渡块体，或者用来安装板式、插装式等阀件基本块，在其上具备外接口和连通各外接口或阀件流道，各流道根据所设计原理实现对的沟通。针对液压系统油路走向，对液压系统中各个阀类元件安装进行集成化设计，重要设计集成阀块尺寸、油道控、材料、精度等参数。减少了液压系统中管路连接，提高了集成化限度，便于系统维护和管路。
液压阀块设计应遵循如下六点准则：
（1）可靠性高，保证孔道间不窜油；
（2）构造紧凑，占用空间小；
（3）油路简朴，压力损失小；
（4）易于加工，辅助工艺孔少；
（5）便于布管；
（6）各控制阀调节操作以便。
（二）阀块设计
液压系统可按功能不能将液压元件划分为不同模块。在本例中，可将液压控制系统大体划分为油液解决模块、供油模块、辅助供油模块、脉动消除模块、伺服阀模块和回油模块