【正文】 。 比例控制器（ PID） 陽泉 學(xué)院 — 畢業(yè)設(shè)計說明書 ２２ 圖 PI、 PD、 PID 控制的 系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線 由圖可以看出，相比于其他控制器，系統(tǒng)經(jīng)過 PID 調(diào)節(jié)后，各項性能得到了很好的改善 。不過，此時系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間顯著增加，快速性降低。 rlocus(num,den) 運行以上程序則可得系統(tǒng)的根軌跡圖形如圖 陽泉 學(xué)院 — 畢業(yè)設(shè)計說明書 １９ 圖 從系統(tǒng)的根軌跡圖可知，系統(tǒng)是穩(wěn)定的。 (2)工具欄：能實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的 Windows 操作及用于與 SIMULINK 仿真相關(guān)的操作。 打開 SIMULINK 模型窗口的方法 (1)在 MATLAB 菜單或庫瀏覽器菜單中選擇 File|New； (2)單擊庫瀏覽器的圖標(biāo) 。如： Control System Toolbox 模塊庫 (面向控制系統(tǒng)的設(shè)計與分析 )、 Communications Blockset(面向通信系統(tǒng)的設(shè)計與分析 )等。 設(shè)計仿真 首先對激振臺電液伺服位置控制系統(tǒng)進行仿真，電液伺服位置控系統(tǒng)的仿真模型如圖 。讓用戶觀察系統(tǒng)的輸出結(jié)果并作進一步的分析。 (2)交互式的仿真環(huán)境 可以利用 SIMULINK 中的菜單或者是 MATLAB 的命令窗口輸入命令來對模型進行仿真。用戶只需要知道這些模塊的輸入、輸出及實現(xiàn)的功能，通過對模塊的調(diào)用、連接就可以構(gòu)成所需系統(tǒng)的模型。它可以處理的系統(tǒng)包括 ：線性、非線性系統(tǒng)；離散、連續(xù)及混合系統(tǒng)；單任務(wù)、多任務(wù)離散事件系統(tǒng)。 微分部分整定 若使用比例積分 (PI)控制器經(jīng)反復(fù)調(diào)整仍達不到設(shè)計要求 ,或不穩(wěn)定 ,這時應(yīng)加入微分作用 ,整定時先將微分系數(shù) KD 從零逐漸增加 ,觀察超調(diào)量和穩(wěn)定性 ,同時相應(yīng)地微調(diào)比例系數(shù) KP、積分系數(shù) KI,逐步使湊 ,直到滿意為止 比例：用于偏差的“粗調(diào)”，保證系統(tǒng)的“穩(wěn)” 積分：用于偏差的“細(xì)調(diào)”，保證系統(tǒng)的“準(zhǔn)” 微分：用于偏差的“細(xì)調(diào)”，保證系統(tǒng)的“快” 四、 Matlab/Simulink 仿真分析 MATLAB 簡介 MATLAB 是目前在國際上被廣泛接受和使用的科學(xué)與工程計算軟件。 積分部分整定 如果比例控制系統(tǒng)的靜差達不到設(shè)計要求 ,這時可以加入積分作用。在試湊時 ,一般可根據(jù)以上參數(shù)對控制過程的影響趨勢 ,對參數(shù)實行先比例、后積分、再微分的步驟進行整定。 一般情況下 ,增大比例系數(shù) KP 會加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度 ,有利于減少靜差。記錄此時的 KP 和臨界振蕩的振蕩周期 T。這種情況下由于衰減太快，要測量操作周期比較困難，但可測取從施加干擾開始至第一個波峰飛升時間 Tr。系統(tǒng)穩(wěn)定后，逐步減小比例度，根據(jù)工藝操作的許可程度加 2％ 3％的干擾，觀察調(diào)節(jié)過程變化情況，直到調(diào)節(jié)過程變化達到規(guī)定的 4： 1 衰減比為止，得到 4： 1 衰減情況下的比例度δ s和衰減操作周期 TS。 (2)根據(jù)臨界比例度δ k 和為臨界周期 Tk，按下表 計算出調(diào)節(jié)器參數(shù)整定值 : 表 臨界比例度法 PID 參數(shù)整定經(jīng)驗公式 調(diào)節(jié)規(guī)律 調(diào)節(jié)器參數(shù) 比例度 δ，單位：％ 積分時間 Ti，單位： min 微分時間 Td，單位： min P 2δ k PI δ k Tk PID δ k Tk Tk (3)將計算所得的調(diào)節(jié)器參數(shù)輸入調(diào)節(jié)器后再次運行調(diào)節(jié)系統(tǒng)，觀察過程變化情況。 臨界比例度法 一個調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在階躍干擾作用下，出現(xiàn)既不發(fā)散也不衰減的等幅震蕩過程，此過程成為等幅振蕩過程，如下圖所示。方法簡單 實用 ， 計算簡便且 易于 掌握， 可以解決一般的實際問題， 在工程實際中被廣泛采用。它主要是依據(jù)被控對象準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。 陽泉 學(xué)院 — 畢業(yè)設(shè)計說明書 １０ PID 控制參數(shù)整定 常規(guī)的 PID 調(diào)節(jié)以消除誤差和減少外擾為目的，應(yīng)用 PID 控制，必須適當(dāng)?shù)卣{(diào)整比例放大系數(shù) Kp，積分時間 Ti和微分時 間 Td，使整個控制系統(tǒng)得到良好的性能。若Ti 過小，積分作用變?nèi)?，則系統(tǒng)的靜差難 以消除，過渡過程時間加長，不能較快的達到穩(wěn)定狀態(tài)，影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度和動態(tài)特性。 Kp越大，系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快，但將產(chǎn)生超調(diào)和振蕩，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，因此 Kp 值不能取的過大；如果 Kp 值較小，則會降低調(diào)節(jié)精度，使響應(yīng)速度變慢，從而延長調(diào)節(jié)時間，使系統(tǒng)動、靜態(tài)特性變壞。同時，加快系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度，減小調(diào)整時間，從而改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。 自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。這樣，即便誤差很 小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到等于零。 積分 (I)控制 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。 比例控制作用及時，能迅速反應(yīng)誤差，從而減小穩(wěn)態(tài)誤差。 簡單來說 PID 控制校正環(huán)節(jié)中積分環(huán)節(jié)的作用是用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。 出于本文系統(tǒng)較為簡單，工況條件比較平穩(wěn)、干擾較小以及 PID 控制結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，這樣將大大減輕系統(tǒng)在此情況下的運行成本的原因，最后本文設(shè)計的 機振臺電液位置伺服控制系統(tǒng)將采用 PID控制的控制方法。 其中ttmCJV D 2h 4?? ? ， C? 為系統(tǒng)有效體積彈性模數(shù) 、 tV 為液壓馬達容積 、 tJ 為工作臺質(zhì)量算到液壓馬達軸的轉(zhuǎn)動慣量 。 電液位置伺服系統(tǒng)的基本原理 電液位置伺服控制系統(tǒng)以液體作為動力傳輸和控制介質(zhì)，利用電信號進行控制輸入和反饋。傳遞函數(shù)分析法主要用來研究線性系統(tǒng)動態(tài)特性，它能夠很大程度上地簡化系統(tǒng)動態(tài)性能的分析過程。 (8)能源裝置：泵站或液壓源，它是系統(tǒng)的動位置源。 (6)負(fù)載：被控對象 ,其和執(zhí)行元件的可動部分相連接所以同時運動。根據(jù)不同的電液控制閥，有伺服控制器、比例控制器等，有時還包括一些補償部分和功率放大器件等。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。 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(zhǔn)確的進行。 模型可分兩種即實體模型和數(shù)學(xué)模型。 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。 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。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。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。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。 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。進入 21 世紀(jì)，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。 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(jì)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。 專 業(yè)答辯組組長： （簽名） 201 年 月 陽泉 學(xué)院 — 畢業(yè)設(shè)計說明書 目 錄 摘 要 .............................................................................................................................. i Abstract ........................................................................................................................... ii 一、緒論 ....................................................................................................................... １ 電液伺服系統(tǒng)的發(fā)展與研究現(xiàn)狀 ........................................................................ １ 電液伺服系統(tǒng)的特點及分類 ................................................................................ １ 電液位置伺服系統(tǒng) .............................................................................................. １ 研究內(nèi)容及目的 ..............................