【正文】 ９ PID 控制特點(diǎn) .................................................................................................... ９ PID 控制參數(shù)整定 .........................................................................................１０ 臨界比例度法 ...........................................................................................１０ 衰減曲線法 ...............................................................................................１１ 穩(wěn)定邊界法整定 PID 參數(shù) (ZN Method) ...................................................１３ 用 試湊法確定 PID 控制器參數(shù) :................................................................１３ PID 控制器的設(shè)計(jì) ...........................................................................................１４ 陽(yáng)泉 學(xué)院 — 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 比例部分整定 ........................................................................................１４ 積分部分整定 ........................................................................................１４ 微分部分整定 ........................................................................................１４ 四、 Matlab/Simulink 仿真分析 ...................................................................................１４ MATLAB 簡(jiǎn)介 ..................................................................................................１４ MATLAB 的特色 .......................................................................................１４ MATLAB 系統(tǒng)及工具箱 ............................................................................１５ 設(shè)計(jì)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(hào)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(dòng)后的響應(yīng)曲線 ........................................................................２４ 總 結(jié) ........................................................................................................................２６ 參考文獻(xiàn) ....................................................................................................................２７ 致 謝 ........................................................................................................................２８ 陽(yáng)泉 學(xué)院 — 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 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(duì)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(qiáng)、低速平穩(wěn)性好等特點(diǎn)，首先對(duì)電液位置控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，并分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能；然后通過(guò) MATLAB 軟件中的動(dòng)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(guò)對(duì)不同給定信號(hào)曲線的跟蹤，設(shè)計(jì)出一個(gè)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(dòng)態(tài)響速度。進(jìn)入 21 世紀(jì)，電液伺服系統(tǒng)的研究日益活躍，無(wú)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。它由電信號(hào)處理裝置和若干液壓元件組成，元件的動(dòng)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(dòng)態(tài)性能復(fù)雜。通過(guò)對(duì)不同給定信號(hào)曲線的跟 蹤，驗(yàn)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。 系統(tǒng)模型是對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的一種抽象，是對(duì)系統(tǒng)本質(zhì) (或是系統(tǒng)的某種特性 )的一種描述。 陽(yáng)泉 學(xué)院 — 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 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(diǎn)是功率重量比大、響應(yīng)速度快等，能夠?qū)θ我獗豢刂茖?duì)象進(jìn)行控制并且精度很高，并且存在外部干擾時(shí)，工作同樣可以穩(wěn)定而準(zhǔn)確的進(jìn)行。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(shí)還包括一些補(bǔ)償部分和功率放大器件等。 (8)能源裝置：泵站或液壓源，它是系統(tǒng)的動(dòng)位置源。 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(dòng)力傳輸和控制介質(zhì)，利用電信號(hào)進(jìn)行控制輸入和反饋。 出于本文系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單，工況條件比較平穩(wěn)、干擾較小以及 PID 控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，這樣將大大減輕系統(tǒng)在此情況下的運(yùn)行成本的原因，最后本文設(shè)計(jì)的 機(jī)振臺(tái)電液位置伺服控制系統(tǒng)將采用 PID控制的控制方法。 比例控制作用及時(shí)，能迅速反應(yīng)誤差，從而減小穩(wěn)態(tài)誤差。這樣，即便誤差很 小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。同時(shí)，加快系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，減小調(diào)整時(shí)間，從而改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。若Ti 過(guò)小，積分作用變?nèi)?，則系統(tǒng)的靜差難 以消除，過(guò)渡過(guò)程時(shí)間加長(zhǎng)，不能較快的達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度和動(dòng)態(tài)特性。它主要是依據(jù)被控對(duì)象準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。 臨界比例度法 一個(gè)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(guò)程，此過(guò)程成為等幅振蕩過(guò)程，如下圖所示。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(guò)程變化情況，直到調(diào)節(jié)過(guò)程變化達(dá)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。記錄此時(shí)的 KP 和臨界振蕩的振蕩周期 T。在試湊時(shí) ,一般可根據(jù)以上參數(shù)對(duì)控制過(guò)程的影響趨勢(shì) ,對(duì)參數(shù)實(shí)行先比例、后積分、再微分的步驟進(jìn)行整定。 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(dá)不到設(shè)計(jì)要求 ,或不穩(wěn)定 ,這時(shí)應(yīng)加入微分作用 ,整定時(shí)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(shí)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(mǎn)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(jiǎn)介 MATLAB 是目前在國(guó)際上被廣泛接受和使用的科學(xué)與工程計(jì)算軟件。用戶(hù)只需要知道這些模塊的輸入、輸出及實(shí)現(xiàn)的功能，通過(guò)對(duì)模塊的調(diào)用、連接就可以構(gòu)成所需系統(tǒng)的模型。讓用戶(hù)觀察系統(tǒng)的輸出結(jié)果并作進(jìn)一步的分析。如： Control System Toolbox 模塊庫(kù) (面向控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析 )、 Communications Blockset(面向通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析 )等。 (2)工具欄：能實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的 Windows 操作及用于與 SIMULINK 仿真相關(guān)的操作。不過(guò)，此時(shí)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間顯著增加，快速性降低。 系統(tǒng)在加擾動(dòng)后的響應(yīng)曲線 圖 系統(tǒng)在 t= 陽(yáng)泉 學(xué)院 — 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) ２５ 系統(tǒng)在 t=，從圖 ，由于 PID控制器的調(diào)節(jié)作用，在 。畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我這三年來(lái)學(xué)習(xí)的一個(gè)檢驗(yàn)，也是我完成學(xué)業(yè)的一個(gè)標(biāo)志，但不是結(jié)束學(xué)業(yè)的標(biāo)志，因?yàn)閷W(xué)習(xí)是無(wú)止境的。最后，向在百忙中抽出時(shí)間對(duì)本文進(jìn)行評(píng)審并提出寶貴意見(jiàn)的各位老師表示衷心地感謝！ 。 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我學(xué)到了很多東西，使自己更加深入的了解了控制理論為相關(guān)知識(shí)，更好的學(xué)習(xí)了 Matlab 軟件，懂得了理論聯(lián)系實(shí)際的重要性，以后走 向工作崗位我將不斷努位置學(xué)習(xí)，更好的提升自己的各方面水平。 系統(tǒng)在給定不同頻率的正弦波的響應(yīng)曲線 圖 給定信號(hào)為正弦波（ f=3HZ）時(shí)，系統(tǒng)的響應(yīng)曲線 陽(yáng)泉 學(xué)院 — 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) ２４ 圖 給定信號(hào)為正弦波（ f=8HZ）時(shí)，系統(tǒng)的響應(yīng)曲線 從圖 ， ，隨著給定正弦波頻率的增大，系統(tǒng)響應(yīng)曲線的精度越來(lái)越高。穩(wěn)定輸出不到“ 1”，誤差比較 大，故此系統(tǒng)仍未達(dá)到校正的目的，所以應(yīng)該在