【導(dǎo)讀】基于MATLAB的電液位置伺服控制系統(tǒng)的建模與仿真研究。設(shè)計時間：2021年9月21日~2021年11月22日。畢業(yè)設(shè)計答辯記錄卡。問題摘要評議情況。指導(dǎo)教師評定成績答辯組評定成績綜合成績。陽泉學(xué)院—畢業(yè)設(shè)計說明書

　　

【正文】 塊庫，如 DSP Blocksets 和 Communication Blocksets 等。利用這些專用模塊庫， SIMULINK 可以方便地進行 DSP 及通信系統(tǒng)等進行仿真分析和原型設(shè)計。 (4） 與 MATLAB 的集成 由于 MATLAB 和 SIMULINK 是集成在一起的，因此用戶可以在這兩種環(huán)境中對自己的模型進行仿真、分析和修改。 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 。 圖 電液伺服位置 控系統(tǒng)的仿真模型圖 此次仿真中主要在 MATLAB 環(huán)境中啟動 SIMULINK，起啟動方法： (1)在 MATLAB 的命令窗口中輸入 simulink 命令； (2)單擊 MATLAB 工具條上的 SIMULINK 圖標(biāo) 。 SIMULINK 啟動以后首先出現(xiàn)的是 SIMULINK 庫瀏覽器，如圖 所示 。 陽泉 學(xué)院 — 畢業(yè)設(shè)計說明書 １７ 圖 SIMULINK 庫瀏覽器 窗口的左半部分是 SIMULINK 所有的庫的名稱，第一個庫是 SIMULINK 庫，該庫為 SIMULINK 的公共模塊庫， SIMULINK 庫下面的模塊庫為專業(yè)模塊庫，服務(wù)于不同專業(yè)領(lǐng)域的，普通用戶很少用到。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。窗口的右半部分是對應(yīng)于左窗口打開的庫中包含的子庫或模塊。圖 右側(cè)窗口即是 SIMULINK 公共模塊庫中的子庫，如 Continuous(連續(xù)模塊庫 )、 Discrete(離散模塊庫 )、 Sinks(信宿模塊庫 )、 Sources(信源模塊庫 )等。其中包含了 SIMULINK 仿真所需的基本模塊。 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) 。 即可打開一個名為 untited 的空的模型窗口，如圖 所示。 陽泉 學(xué)院 — 畢業(yè)設(shè)計說明書 １８ 圖 空的模型窗口 整個模型創(chuàng)建窗口的組成是：菜單欄，工具欄，編輯窗口和狀態(tài)欄。 (1)菜單欄：與 Windows 菜單欄類似，其中 Simulation 一項在仿真配置中很重要。 (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。 (3)狀態(tài)欄：以圖 為例，“ Ready”表示建模已完成；“ 100%”表示編輯框模型的顯示比例；“ ode45”表示仿真所采用的算法。 電伺服位置控系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 電液伺服位置控系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為 : ）（ SG ssss 82634425 10 ???????? ?? 使用 Matlab 命令繪制其根軌跡圖，在 Command Window 中輸入如下程序： num=[*10e10]。 den=[1 *10e2 *10e4 *10e6 *10e3]。 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。 控制器的仿真分析 比例控制器（ P） 圖 比例 P控制 由此可知道隨著的增加系統(tǒng)響應(yīng)的速度加快，超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)誤差變大，穩(wěn)定時間也變長；若較小，系統(tǒng)的響應(yīng)時間又太長。穩(wěn)定輸出不到“ 1”，誤差比較 大，故此系統(tǒng)仍未達到校正的目的，所以應(yīng)該在比例控制的基礎(chǔ)上加入積分控制對系統(tǒng)進行校正。 陽泉 學(xué)院 — 畢業(yè)設(shè)計說明書 ２０ 比例控制器（ PI） 圖 PI 控制的 系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線 由以上 PI 控制的系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線跟蹤及穩(wěn)態(tài)誤差圖可知，加入 PI 校正后系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)值為 1，即穩(wěn)態(tài)誤差為零，系統(tǒng)的輸出量最終能夠無差地跟蹤設(shè)定值變化。不過，此時系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間顯著增加，快速性降低。明顯單在 PI 控制下該系統(tǒng)還未能滿足系統(tǒng)各性能的要求，下面嘗試用 PD校正來改善。 比例控制器（ PD） 陽泉 學(xué)院 — 畢業(yè)設(shè)計說明書 ２１ 圖 P、 PI、 PD 控制的 系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線 由以上系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線跟蹤及穩(wěn)態(tài)誤差圖可知，加入微分器后系統(tǒng)的響應(yīng)曲線形狀仍是振蕩型，但震蕩次數(shù)顯著減少，并且超調(diào)量也降低了不少。但穩(wěn)態(tài)誤差不為零，所以還需尋找另外的校正方式解決這個問題，在這種情況下，如果希望系統(tǒng)各方面的性能指標(biāo)都達到 一個滿意的程度，一般都要采用典型的 PID校正，下面嘗試用 PID 校正。 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 。 系統(tǒng)在不同給定信號的響應(yīng)曲線 圖 給定信號為階躍時，系統(tǒng)的響應(yīng)曲線 圖 給定信號為方波時，系統(tǒng)的響應(yīng)曲線 陽泉 學(xué)院 — 畢業(yè)設(shè)計說明書 ２３ 圖 給定信號為正弦波（ F=1HZ）時，系統(tǒng)的響應(yīng)曲線 由于電液伺服位置控系統(tǒng)具有響應(yīng)快的特點，從圖 ，無論是給定階躍波形、方波還是正弦波， PID控制器都能較快地跟蹤給定波形，并且能夠達到一定的精度。 系統(tǒng)在給定不同頻率的正弦波的響應(yīng)曲線 圖 給定信號為正弦波（ f=3HZ）時，系統(tǒng)的響應(yīng)曲線 陽泉 學(xué)院 — 畢業(yè)設(shè)計說明書 ２４ 圖 給定信號為正弦波（ f=8HZ）時，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)曲線的精度越來越高。因此， PID控制器可以使系統(tǒng)反饋回來的位置信號較快，并且準(zhǔn)確地達到理想狀態(tài)。 系統(tǒng)在加擾動后的響應(yīng)曲線 圖 系統(tǒng)在 t= 陽泉 學(xué)院 — 畢業(yè)設(shè)計說明書 ２５ 系統(tǒng)在 t=，從圖 ，由于 PID控制器的調(diào)節(jié)作用，在 。并且每間隔 1S產(chǎn)生一次擾動。 以對于電 液伺服位置控系統(tǒng)， PID控制器有較好地抗干擾能 力 。 陽泉 學(xué)院 — 畢業(yè)設(shè)計說明書 ２６ 總 結(jié) 在開始本設(shè)計之前，本人仔細閱讀了電液伺服控制系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容，介紹了電液伺服控制技術(shù)的發(fā)展歷史以及未來發(fā)展趨勢，本設(shè)計主要是研究典型電液位置伺服控制系統(tǒng)的控制，以工件疲勞試驗機為此次電液位置伺服控制系統(tǒng)中的控制對象，通過對各種控制方法的對比，根據(jù)工件疲勞試驗機系統(tǒng)的特性以及在現(xiàn)實運行過程中的經(jīng)濟性，最后本設(shè)計決定為該系統(tǒng)設(shè)計一個滿足其工作性能的PID控制器，在設(shè)計 PID過程中主要運用 Matlab/Simulink模塊進 行仿真，通過對系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線跟蹤及穩(wěn)態(tài)誤差圖的分析，結(jié)合臨界增益和臨界周期 T的 ZN整定法對 PID參數(shù)進行整定，不斷對參數(shù)進行試湊，最后得出一個穩(wěn)定且穩(wěn)定誤差幾乎為零，響應(yīng)速度夠快，超調(diào)量合適的控制系統(tǒng)。滿足了該系統(tǒng)對設(shè)計性能參數(shù)的要求。由于本人的知識水平有限，在設(shè)計過程中也許很多問題還未能全面考慮，希望老師以及同學(xué)能給以更好的建議，再次感謝老師的指導(dǎo)和同學(xué)的幫助。 此次畢業(yè)設(shè)計讓我學(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，更好的學(xué)習(xí)了 Matlab 軟件，懂得了理論聯(lián)系實際的重要性，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。 陽泉 學(xué)院 — 畢業(yè)設(shè)計說明書 ２７ 參考文獻 [1] belkacemi， ， ， ， Control of a Water Supply System[J]. 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