【正文】 第 33 頁(yè) 參考文獻(xiàn) [1]《控制工程基礎(chǔ)》教材、《液壓與氣壓傳動(dòng)》教材、《電工電子學(xué)》教材； [2]《機(jī)械零件手冊(cè)》 [3]數(shù)據(jù)庫(kù)； [4]薛 定字，陳陽(yáng)泉 .基于 MATLAB／ Simulink的系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用 [M]．北京：清華大學(xué)出版社 .20xx； [5]袁秀平，李鶴一 .基于 MATLAB的帶鋼卷取電液伺服控制系統(tǒng)仿真 [期刊論文 ]礦山機(jī)械 20xx(11)； [6]胡盤峰，陳慧敏 .帶鋼跑偏電液伺服控制系統(tǒng)研究與 SIMLINK 仿真 [期刊論文 ]機(jī)床與液壓 20xx(10)； [7]顧瑞龍．控制理論及電液控制系統(tǒng) [M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 .1984； [8]丁鋒 . 基于 MATLAB/SIMULINK 的自動(dòng)控制系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn) [J]. 20xx.(6):5759； [9]寧斌 .帶鋼卷取對(duì)邊電液伺服系統(tǒng) [D]. 山西 :太原理工大學(xué) .20xx； [10]郭治富 .帶鋼卷取機(jī)對(duì)邊糾偏控制系統(tǒng)研究 [D]. 東北大學(xué) .20xx； [11]閏小偉 .卷取機(jī)糾偏控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真研究 [D]. 山西 :太原理工大學(xué) .20xx； [12]吳振順，韓俊偉 .機(jī)電液控制系統(tǒng)數(shù)字仿真與 CAD=[M]. 哈爾濱 :哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 .； [13]宋志安基于 MATLAB的液壓伺服控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) [M]. 北京 :國(guó)防工業(yè)出版社 .； [14]田源道電 液伺服閥技術(shù) [M]. 北京 :航空工業(yè)出版社 .； [15]王正林，王勝開 . MATLAB/simulink與控制系統(tǒng)仿真 [M]. 電子工業(yè)出版社 .； [16]劉金琨 .先進(jìn) PID控制 MATLAB仿真 [M]. 北京 :電子工業(yè)出版社 .； [17]楊杰等 .專用液壓機(jī)及其 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J]液壓與氣動(dòng) .20xx年第 8期； [18]張旺，王世鎏 .自動(dòng)控制原理 [M]. 北京理工大學(xué)出版社 .20xx； [19]張利平 .液壓閥原理、使用與維護(hù) [M]. 北京 :化學(xué)工業(yè)出版社 .； [20]吳曉君，楊向明 .電氣控制與可編程控制器應(yīng)用 [M]. 中國(guó)建材工業(yè)出版社 .20xx； [21]薛定宇，陳陽(yáng)泉．基于 MATLAB/simulink的系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用 [M].清華大學(xué)出版社， 20xx； 第 34 頁(yè) 致謝 本文是在導(dǎo)師導(dǎo)師的精心指導(dǎo)和熱情幫助。具體設(shè)計(jì)了相應(yīng)的液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)，并結(jié)合系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的控制算法。 (2)液壓動(dòng)力元件快速性好，系統(tǒng)響應(yīng)快。因此，本文提出的卷取機(jī)跑偏控制方法，僅是一種較為基礎(chǔ)的控制方案，需要在實(shí)際測(cè)試應(yīng)用中不斷的改進(jìn)與完善。本論文是針對(duì)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，基于 MATLAB 控制系統(tǒng)開發(fā)工具的卷取機(jī)跑偏控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析。若要同時(shí)提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度和響應(yīng)速度，可以嘗試加入串聯(lián)滯 后 超前校正（ PID 校正）或采用其它校正方法。 可行的方法是增大伺服閥的流量 壓力系數(shù) cK 或用一個(gè)層流液阻將液壓缸的兩腔連通，帶來(lái)的缺點(diǎn)是增大了系統(tǒng)的功率損失和降低了系統(tǒng)的剛度。 以減少超調(diào)量 ，同樣 可使開環(huán)增益有增大的空間。 sv? 的提高可以通過選用高頻伺服閥解決。這樣可使 n? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。20 mm 已經(jīng)足夠。75 mm，實(shí)際的調(diào)節(jié)行程只有 177。增大 pA 要兼顧伺服閥和油源的流量輸出能力，不要因此影響系統(tǒng)對(duì)輸出速度的要求；減小 tV 的途徑是盡量減少液壓缸的行程和縮短與之相連的管道。這樣系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)態(tài)精度就能滿足要求了。(1～2) mm，應(yīng)使 K =20～ 25 。為了改善系統(tǒng)性能，可采取如下措施 : （ 1）提高液壓缸 負(fù)載環(huán)節(jié)的固有頻率 n? n? 值提高以后，在同樣的阻尼比下可使 開環(huán)增益得到提高，從而提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)態(tài)精度。(1 ～ 2) mm，這一點(diǎn)證實(shí)了上述分析。當(dāng) K = 10 時(shí)，由于增益較小，不能滿足控制精度的要求 。至此，系統(tǒng)總的穩(wěn)態(tài)誤差為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 第 30 頁(yè) 產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)位置誤差 mK iiAKK AKeiffpsvipsvf 43 1020/1 / ?? ????????? （ ） 這個(gè)誤 差是可以接受的。 圖 跑偏系統(tǒng)靜態(tài)框圖 fi? 實(shí)際上是系統(tǒng)的干擾，如圖 所示。 于是，各環(huán)節(jié)的零漂和死區(qū)折算到伺服閥上的電流值為上述電流之和，即 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 mAii Rd 9%31 ????? 。 APaK p /102 8?? 。 (2)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的死區(qū) 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試表明，為克服液壓缸及導(dǎo)軌摩擦力所需的負(fù)載壓力△ Papf 5104?? ， 由此可知執(zhí)行器的死區(qū)電流為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ??1Di 6 mA。通常是將這些環(huán)節(jié)的死區(qū)和零漂都折算到電液伺服閥的零漂上，以此來(lái)計(jì)算穩(wěn)態(tài)誤差。因此，即便是跟蹤階躍信號(hào)也可能存在靜差，應(yīng)該對(duì)此做一個(gè)初步的估算。 第 29 頁(yè) 穩(wěn)態(tài)精度 從圖 可以看出，該系統(tǒng)是 Ⅰ 型系統(tǒng)，理論上可以無(wú)靜差地跟蹤階躍信號(hào)和以恒定靜差跟蹤斜坡信號(hào)，這一點(diǎn)可以從圖 中看出。sradb /?? ）。 響應(yīng)速度 系統(tǒng)單位階躍 .斜坡響應(yīng)的響應(yīng)特性 控 制系統(tǒng)的響應(yīng)速度 可以用階躍響應(yīng)的調(diào)節(jié)時(shí)間 st 或系統(tǒng)的頻寬 b? 表示。該值在 iK 的取值范圍 （ 0～ 150A/m） 內(nèi)，故可以 第 28 頁(yè) 滿足要求。 dBKi 6? 從時(shí)間響應(yīng)和開環(huán)頻率響應(yīng)都可以看出該系統(tǒng)是穩(wěn)定的，并且有 6 分貝的幅值裕量和 的相位裕量，滿足一般控制系統(tǒng)對(duì)穩(wěn)定性的要求。 )(lg20 gi AK ??? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。由系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)可作出系統(tǒng)開 環(huán)波德圖 (圖 ) 圖 帶鋼卷取機(jī)跑偏電液伺服控制系統(tǒng)開環(huán)伯德圖 相位裕度： )(180 0 cc ??? ?? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 第 27 頁(yè) [m,p]=bode(num,den,w)。 num=[10]。[y1,x1]=step(num,den,t)。t=0::。 den=[,1, 10]。 由第三章流程圖 ； 系統(tǒng)的開環(huán)博德圖和單位階躍、單位斜坡響應(yīng)如圖 和圖 所示。計(jì)算中將開環(huán)傳遞函數(shù)寫成有理分式形式，并取開環(huán)增益 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 具體仿真步驟如下： 打開 Matlab，在 workspace 中輸入系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，然后再進(jìn)入 SISO Design Tool，即可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，得到仿真曲線 一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)完成以后，一定要對(duì)該系統(tǒng)進(jìn) 行穩(wěn)定性校核，因 為穩(wěn)定性是控制系統(tǒng)必須滿足的條件。 smp ppqq s LsRL / 33???????? （ ） 第 26 頁(yè) 跟蹤速度為 smsmAqvpLp /??? ??????? （ ） 可見，伺服閥提供的流量可以滿足跟蹤速度的要求。 跟蹤速度 負(fù)載壓力 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 gmF tL ?? ，所以 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ???? ??mm va 。如果不計(jì)粘性摩擦力和彈性力，液壓缸驅(qū)動(dòng)負(fù)載的力平衡方程為 LmtpL FamAp ?? （ ） 式中 , Lp 、 ma 和 LF 分別是液壓缸的負(fù)載壓力、活塞運(yùn)動(dòng)的最大加速度和滾動(dòng)摩擦力負(fù)載。 驅(qū)動(dòng)力 在伺服控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)中，外加的工作負(fù)載對(duì)動(dòng)態(tài)過 程的影響一般是不計(jì)算的，因?yàn)樗挥绊懴到y(tǒng)的固有特性（如穩(wěn)定性）。如果仿真結(jié)果不符合要求，則可以修改系統(tǒng)模型的參數(shù)，繼續(xù)進(jìn)行仿真分析。便于用戶對(duì)模型進(jìn)行仿真和分析。我們可以看到“ simulink library broswer”文件窗口中第一個(gè)模塊庫(kù)名稱為 Simulink，它是一個(gè) Simulink 內(nèi)置的模塊庫(kù)，提供了最常用的系統(tǒng)仿真模塊功能，其中有連續(xù)系統(tǒng)（ continuous），離散系統(tǒng)（ discrete），還包括數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊（ math operations）等。此窗口由 Simulink 庫(kù)瀏覽器窗口、系統(tǒng)模型編輯器窗口及仿真結(jié)果運(yùn)行窗口等構(gòu)成，每個(gè)窗口都包括相應(yīng)的標(biāo)題欄、菜單欄和工具欄等。 Simulink 運(yùn)行和建立系統(tǒng)模型 Simulink 是基于 MATLAB 的圖形界面的系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)平臺(tái)，因此要啟動(dòng)運(yùn)行 Simulink ，必須先運(yùn)行 MATLAB。 Simulink 提供了友好的圖形用戶界面（ GUI），模型通過模塊組成的框圖來(lái)表示，只需要用鼠標(biāo)拖動(dòng)的方法便能迅速地建立起系統(tǒng)框圖模型，甚至不需要編寫一行代碼，用戶的建模就像是傳統(tǒng)地在紙上用筆來(lái)畫一樣容易。該軟件包為用戶提供了用控制方框圖進(jìn)行建模的圖形接口，對(duì)控制系統(tǒng)的仿真更為直觀，便利和靈活，尤其對(duì)復(fù)雜的控制系統(tǒng)的仿真更為便利。本文主要應(yīng)用的是 Simulink,作為 MATLAB的重要組成部分， Simulink 具有相對(duì)獨(dú)立的功能和使用方法，主要是用來(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析。 vh ?? ,? =157rad/s 最后得 ]188 []12[12222???????ssssssAQxhhhpLp??? （ ） )()41( 7 sAsKVAAKFQpceeeepceLL ?????? （ ） 光電傳感器及伺服放大器可看成比例環(huán)節(jié) ,其傳遞函數(shù)為 第 23 頁(yè) yK =EI =（ ） 根據(jù)原理框圖及以上推出的液壓元件的傳遞函數(shù)可得整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型如圖 所示 : 圖 帶鋼卷取機(jī)跑偏電液伺服控制系統(tǒng)方塊圖 系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 G(s)H(s)=]12[)12()/1(2222 ??????ssssAKKhhhsvsvsvpsva?????? = ]188 [)1157 ()/1(2222 ????????ssssAK psv （ ） 第 24 頁(yè) MATLAB/Simulink 對(duì)控制系統(tǒng)的性能分析 MATLAB/Simulink 概述 MATLAB 是一個(gè)高級(jí) 的數(shù)學(xué)分析與運(yùn)算軟件，可以用作動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模與仿真。 . ?h? 系統(tǒng)速度放大系數(shù)的確定 取比值 ?vhK? 4，得 ?? hvK ? =考慮到系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差、系統(tǒng)的頻帶寬度要求及標(biāo)準(zhǔn)伺服缸問題， 根據(jù)工作需要，該裝置的負(fù)載壓力只要滿足拖動(dòng)力即可 。）（ 1s2sKIQsvsv2sv2 sv0 ??????? ）（ 1s157157s0 .0 0 1 9 622 ???? （ ） 液壓缸 負(fù)載 指令輸入 vx 的傳遞函數(shù)為 ]12[ 22???sssAKxxhhhpqvp??? （ ） 負(fù)載干擾 錯(cuò)誤 !未找到引用源。A) （ ） 閥的流量一壓力系數(shù)： 39ce ???? 的增加量負(fù)載壓力對(duì)于額定壓力 量額定電流下的流量減少 /(s 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 = 其中 :伺服閥的動(dòng)態(tài)參數(shù)可按樣本取值，選擇 伺服閥，該伺服閥的流量為 25L/m,取伺服閥額定電流為 300mA,供油壓力為 時(shí)的空載流量為 Rq =。 ）（ 1s2sKIQsvsv2sv2 sv0 ??????? （ 4.6） 第 21 頁(yè) 式中參數(shù)： sv? —— 伺服閥固有頻率； sv? —— 伺服閥阻尼比； 由樣本查得 錯(cuò)誤 !未找到引用源。為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性分析 與設(shè)計(jì) ,也就是簡(jiǎn)化傳遞函數(shù) ,一般可用二階振蕩環(huán)節(jié)表示。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。由于光電檢測(cè)器與電流放大器的時(shí)間常數(shù)都 第 20 頁(yè) 很小，可看作比例環(huán)節(jié)，因此光電控制器的傳遞函數(shù)為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 m/A150Ki3 ? ，現(xiàn)場(chǎng)通常采用的增益為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 21ei KKx iK ??? () 光路和電路調(diào)整好以后，光電控制器的增益可由標(biāo)定實(shí)驗(yàn)求出。電流放大器的增益為 g2 uiK ??