【正文】 B 的特色 .......................................................................................１４ MATLAB 系統(tǒng)及工具箱 ............................................................................１５ 設(shè)計仿真 .......................................................................................................１６ 電伺服位置控系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 ...................................................................１８ 控制器的仿真分析 .........................................................................................１９ 比例控制器（ P） ...................................................................................１９ 比例控制器（ PI） .................................................................................２０ 比例控制器（ PD） .................................................................................２０ 比例控制器（ PID） ................................................................................２１ 系統(tǒng)在不同給定信號的響應(yīng)曲線 .....................................................................２２ 系統(tǒng)在給定不同頻率的正弦波的響應(yīng)曲線 ............................................２３ 系統(tǒng)在加擾動后的響應(yīng)曲線 ........................................................................２４ 總 結(jié) ........................................................................................................................２６ 參考文獻 ....................................................................................................................２７ 致 謝 ........................................................................................................................２８ 陽泉 學(xué)院 — 畢業(yè)設(shè)計說明書 I i基于 MATLAB 的電液位置伺服控制系統(tǒng)的 建模與仿真研究 摘 要 本文針對電液位置控伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、響應(yīng)快、功率 重量比高、抗干擾能位置強、低速平穩(wěn)性好等特點，首先對電液位置控系統(tǒng)進行數(shù)學(xué)建模，并分析系統(tǒng)的動態(tài)性能；然后通過 MATLAB 軟件中的動態(tài)仿真工具 SIMULINK 建立了電液伺服控制系統(tǒng)仿真模型 ，通過對不同給定信號曲線的跟蹤，設(shè)計出一個優(yōu)良的PID 控制器，仿真結(jié)果表明 :PID 控制器具有良好的抗干擾能位置和動態(tài)響速度。 關(guān)鍵詞： 電液伺服位置控系統(tǒng)； PID 控制器； MATLAB/SIMULINK 陽泉 學(xué)院 — 畢業(yè)設(shè)計說明書 II Abstract Aiming at electrohydraulic position control servo system has the advantages of pact structure, fast response, high power weight ratio, anti interference can strong position, low and stable good etc. characteristics, first of all on the electrohydraulic position control system mathematical model, and analyze the system dynamic performance. Then through the dynamic simulation tool Simulink in MATLAB software was established electric hydraulic servo control system simulation model. Through the tracking of given different signal curve to design a excellent PID controller, the simulation results show that: the PID controller has good anti interference can position and dynamic response speed. Key words:electro hydraulic servo position control system,PID controller, MATLAB/SIMULINK 陽泉 學(xué)院 — 畢業(yè)設(shè)計說明書 １ 一、 緒論 電液伺服系統(tǒng)的發(fā)展與研究現(xiàn)狀 19世紀液壓技術(shù)開始走向工業(yè)應(yīng)用，工業(yè)技術(shù)發(fā)展的需求，為液壓技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了決定性的條件。 20 世紀初控制理論及其應(yīng)用飛速發(fā)展，使古典控制理論走向成熟，這為電液控制伺服技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展提供了理論基礎(chǔ)與技術(shù)支持。20世紀 70 年代，美國 MTS 公司研制出了以電液伺服系統(tǒng)為驅(qū)動的地震模擬振動臺，將電液伺服系統(tǒng)與復(fù)雜機構(gòu)結(jié)合起來，開創(chuàng)了基于電液伺服系統(tǒng)的系統(tǒng)集成設(shè)計的先河。 電液伺服系統(tǒng)的特點及分類 電液伺服系統(tǒng)的研究，一直從兩個方面來展開：一是電液伺服系統(tǒng)基礎(chǔ)元件的 研究，包括伺服閥和液壓缸；二是電液伺服系統(tǒng)的控制方法與應(yīng)用技術(shù)的研究。進入 21 世紀，電液伺服系統(tǒng)的研究日益活躍，無論從系統(tǒng)還是基礎(chǔ)元件方面均取得了突出的研究成果。 隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展進步，軍事、航空、宇航技術(shù)對所應(yīng)用的系統(tǒng)有了高精度，快速，大功率的要求。電液伺服系統(tǒng)則以其反應(yīng)快、重量輕、尺寸小及抗負載剛性大等優(yōu)點，廣泛地應(yīng)用于以上各個行業(yè)中，在其控制算法上也有了進一步的改進，以適應(yīng)系統(tǒng)要求。 電液伺服控制系統(tǒng)按對象是否運動等有很多分類方法，按系統(tǒng)輸出量可分為：電液力伺服系統(tǒng)、電液位置伺服系統(tǒng)、電液速度伺服系 統(tǒng)。 電液位置伺服系統(tǒng) 電液位置伺服系統(tǒng)是控制領(lǐng)域中一個重要的組成部分也是是最基本和最常用的一種液壓伺服系統(tǒng)，如機床工作臺的位置、板帶軋機的板厚、帶材跑偏控制、飛機和船舶的舵機控制、雷達和火炮控制系統(tǒng)以及振動試驗臺等。在其它物理量的控制系統(tǒng)中，如速度控制和力控制等系統(tǒng)中，也常有位置控制小回路作為大回路中的一個環(huán)節(jié)。 電液位置伺服系統(tǒng)主要是用于解決位置跟隨的控制問題，其根本任務(wù)就是通過執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)被控量對給定量的及時和準確跟蹤，并要具有足夠的控制精度。電液伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性是衡量一套電液伺服系統(tǒng)設(shè)計及調(diào) 試水平的重要指標。它由電信號處理裝置和若干液壓元件組成，元件的動態(tài)性能相互影響，相互制約及系統(tǒng)本身所包含的非線性，致使其動態(tài)性能復(fù)雜。因此，電液伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計及仿真受到越來越多的重視。 本文然后通過 MATLAB軟件中的動態(tài)仿真工具 SIMULINK建立了電液伺服控制陽泉 學(xué)院 — 畢業(yè)設(shè)計說明書 ２ 系統(tǒng)仿真模型 ，通過對不同給定信號曲線的跟蹤，設(shè)計出一個優(yōu)良的 PID 控制器，表明 PID 控制器具有良好的抗干擾能位置和動態(tài)響速度。本文以比例方向閥實現(xiàn)對伺服油缸的位置控制，加入位移傳感器構(gòu)成位置閉環(huán)控制系統(tǒng)。采用 NI 公司的 USB6008 數(shù)據(jù)采集卡 完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)輸出控制等多項功能，以 LABVIEW和 MATLAB 混合編程實現(xiàn)了良好的實時控制功能。 研究內(nèi)容及目的 （ 1）了解電液 位置 控伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點。 （ 2）建立電液 位置 伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。 （ 3）掌握 PID控制方法的原理，針對本電液 位置 控系統(tǒng)，設(shè)計一個優(yōu)良的控制器， 具有較好的抗干擾能位置 （ 4）通過 Matlab/Simulink對系統(tǒng)進行仿真研究。通過對不同給定信號曲線的跟 蹤，驗證 PID控制器具有較快的響應(yīng)速度和較好的抗干擾能位置。 二、 電液位置控系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模 系統(tǒng)是指其有某 些特定功能，相互聯(lián)系、相互作用的元素的集合。這里的系統(tǒng)是指廣義上的系統(tǒng)，泛指自然界的一切現(xiàn)象與過程。它具有兩個基本特征：整體性和相關(guān)性。 整體性是指系統(tǒng)作為一個整體存在而表現(xiàn)出某項特定的功能，它是不可分割的。相關(guān)性是指系統(tǒng)的各個部分、元素之間是相互聯(lián)系的，存在物質(zhì)、能量與信息的交換。對于任何系統(tǒng)的研究都必須從如下三個方面來考慮： (1)實體：組成系統(tǒng)的元素、對象： (2)屬性：實體的特征： (3)活動：系統(tǒng)由一個狀態(tài)到另一個狀態(tài)的變化過程。 系統(tǒng)仿真是研究系統(tǒng)的一種重要手段，而系統(tǒng)模型則是仿真所要研究的直 接對象。 系統(tǒng)模型是對實際系統(tǒng)的一種抽象，是對系統(tǒng)本質(zhì) (或是系統(tǒng)的某種特性 )的一種描述。模型可視為對真實世界中物體或過程的信息進行形式化的結(jié)果。模型具有與系統(tǒng)相似的特性，可以以各種形式更深刻的反映實際系統(tǒng)的主要特征和運動規(guī)律，是對實際系統(tǒng)更高層次上的抽象，本身就是對實體認識的結(jié)果。從這個意義上來說，模型優(yōu)于實體。 模型可分兩種即實體模型和數(shù)學(xué)模型。實體模型是一種物理模型。而數(shù)學(xué)模型可以分為原始系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型和仿真系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。表 為各類數(shù)學(xué)模型及數(shù)學(xué)描述。 陽泉 學(xué)院 — 畢業(yè)設(shè)計說明書 ３ 表 電液伺服系統(tǒng)基礎(chǔ)理論 液壓控制系統(tǒng)的優(yōu)點是功率重量比大、響應(yīng)速度快等，能夠?qū)θ我獗豢刂茖ο筮M行控制并且精度很高，并且存在外部干擾時，工作同樣可以穩(wěn)定而準確的進行。所以，這樣的系統(tǒng)大量廣泛的應(yīng)用在工程機械、大型實驗設(shè)備、船艦、航空航天、雷達部門。 電液伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 : 圖 指 令 單 元控 制放 大 器電 液伺 服 閥執(zhí) 行 元 件檢 測 元 件負 載 圖 見圖 ，電液控制系統(tǒng)的組成通常包括以下幾個單元 : (1)指令單元：按照系統(tǒng)的動作要求發(fā)出相對應(yīng)的電壓信號。指令單元可以是信號發(fā)生器、計算機等電子器件。若是計算機，由其軟件給出指令，再由 D/A 轉(zhuǎn)換為電壓信號。 (2)比較單元：作用是比較控制信號和反饋信號，通過對比相減得出偏差信號。模型類型 靜態(tài)系統(tǒng) 模 型 動態(tài)系統(tǒng)模型 連續(xù)系統(tǒng)模型 離散系統(tǒng)模型 集中參數(shù)