基于MATLAB的电液位置伺服控制系统的建模与仿真研究毕业设计论文.docx
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基于MATLAB的电液位置伺服控制系统的建模与仿真研究毕业设计论文
毕业设计说明书
毕业生姓名
：
专业
：
电气自动化技术
学号
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指导教师
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所属系（部）
：
信息系
二〇一五年九月
阳泉学院
毕业设计评阅书
题目：
基于MATLAB的电液位置伺服控制系统的建模与仿真研究
信息 系 电气自动化技术 专业姓名
设计时间：
2015年9月21日~2015年11月22日
评阅意见：
成绩：
评阅教师：
（签字）
职 务：
201年 月 日
阳泉学院
毕业设计评阅书
题目：
基于MATLAB的电液位置伺服控制系统的建模与仿真研究
信息 系 电气自动化技术 专业姓名王冬
设计时间：
2015年9月21日~2015年11月22日
评阅意见：
成绩：
指导教师：
（签字）
职 务：
201年 月 日
阳泉学院
毕业设计答辩记录卡
信息系电气自动化技术专业姓名 王冬
答辩内容
问题摘要
评议情况
记录员：
（签名）
成绩评定
指导教师评定成绩
答辩组评定成绩
综合成绩
注：
评定成绩为100分制，指导教师为20%，评阅教师为30%，答辩组为50%。
专业答辩组组长：
（签名）
201年 月
基于MATLAB的电液位置伺服控制系统的
建模与仿真研究
摘要
本文针对电液位置控伺服系统结构紧凑、响应快、功率-重量比高、抗干扰能位置强、低速平稳性好等特点，首先对电液位置控系统进行数学建模，并分析系统的动态性能；然后通过MATLAB软件中的动态仿真工具SIMULINK建立了电液伺服控制系统仿真模型，通过对不同给定信号曲线的跟踪，设计出一个优良的PID控制器，仿真结果表明:
PID控制器具有良好的抗干扰能位置和动态响速度。
关键词：
电液伺服位置控系统；PID控制器；MATLAB/SIMULINK
Abstract
Aimingatelectro-hydraulicpositioncontrolservosystemhastheadvantagesofcompactstructure,fastresponse,highpowerweightratio,antiinterferencecanstrongposition,lowandstablegoodetc.characteristics,firstofallontheelectro-hydraulicpositioncontrolsystemmathematicalmodel,andanalyzethesystemdynamicperformance.ThenthroughthedynamicsimulationtoolSimulinkinMATLABsoftwarewasestablishedelectrichydraulicservocontrolsystemsimulationmodel.ThroughthetrackingofgivendifferentsignalcurvetodesignaexcellentPIDcontroller,thesimulationresultsshowthat:
thePIDcontrollerhasgoodantiinterferencecanpositionanddynamicresponsespeed.
Keywords:
electrohydraulicservopositioncontrolsystem,PIDcontroller,MATLAB/SIMULINK
一、绪论
1.1电液伺服系统的发展与研究现状
19世纪液压技术开始走向工业应用，工业技术发展的需求，为液压技术的发展创造了决定性的条件。
20世纪初控制理论及其应用飞速发展，使古典控制理论走向成熟，这为电液控制伺服技术的出现与发展提供了理论基础与技术支持。
20世纪70年代，美国MTS公司研制出了以电液伺服系统为驱动的地震模拟振动台，将电液伺服系统与复杂机构结合起来，开创了基于电液伺服系统的系统集成设计的先河。
1.2电液伺服系统的特点及分类
电液伺服系统的研究，一直从两个方面来展开：
一是电液伺服系统基础元件的研究，包括伺服阀和液压缸；二是电液伺服系统的控制方法与应用技术的研究。
进入21世纪，电液伺服系统的研究日益活跃，无论从系统还是基础元件方面均取得了突出的研究成果。
随着工业技术的发展进步，军事、航空、宇航技术对所应用的系统有了高精度，快速，大功率的要求。
电液伺服系统则以其反应快、重量轻、尺寸小及抗负载刚性大等优点，广泛地应用于以上各个行业中，在其控制算法上也有了进一步的改进，以适应系统要求。
电液伺服控制系统按对象是否运动等有很多分类方法，按系统输出量可分为：
电液力伺服系统、电液位置伺服系统、电液速度伺服系统。
1.3电液位置伺服系统
电液位置伺服系统是控制领域中一个重要的组成部分也是是最基本和最常用的一种液压伺服系统，如机床工作台的位置、板带轧机的板厚、带材跑偏控制、飞机和船舶的舵机控制、雷达和火炮控制系统以及振动试验台等。
在其它物理量的控制系统中，如速度控制和力控制等系统中，也常有位置控制小回路作为大回路中的一个环节。
电液位置伺服系统主要是用于解决位置跟随的控制问题，其根本任务就是通过执行机构实现被控量对给定量的及时和准确跟踪，并要具有足够的控制精度。
电液伺服系统的动态特性是衡量一套电液伺服系统设计及调试水平的重要指标。
它由电信号处理装置和若干液压元件组成，元件的动态性能相互影响，相互制约及系统本身所包含的非线性，致使其动态性能复杂。
因此，电液伺服控制系统的设计及仿真受到越来越多的重视。
本文然后通过MATLAB软件中的动态仿真工具SIMULINK建立了电液伺服控制系统仿真模型，通过对不同给定信号曲线的跟踪，设计出一个优良的PID控制器，表明PID控制器具有良好的抗干扰能位置和动态响速度。
本文以比例方向阀实现对伺服油缸的位置控制，加入位移传感器构成位置闭环控制系统。
采用NI公司的USB-6008数据采集卡完成数据采集、数据输出控制等多项功能，以LABVIEW和MATLAB混合编程实现了良好的实时控制功能。
1.4研究内容及目的
（1）了解电液位置控伺服系统的结构特点。
（2）建立电液位置伺服系统的数学模型。
（3）掌握PID控制方法的原理，针对本电液位置控系统，设计一个优良的控制器，
具有较好的抗干扰能位置
（4）通过Matlab/Simulink对系统进行仿真研究。
通过对不同给定信号曲线的跟
踪，验证PID控制器具有较快的响应速度和较好的抗干扰能位置。
二、电液位置控系统的数学建模
系统是指其有某些特定功能，相互联系、相互作用的元素的集合。
这里的系统是指广义上的系统，泛指自然界的一切现象与过程。
它具有两个基本特征：
整体性和相关性。
整体性是指系统作为一个整体存在而表现出某项特定的功能，它是不可分割的。
相关性是指系统的各个部分、元素之间是相互联系的，存在物质、能量与信息的交换。
对于任何系统的研究都必须从如下三个方面来考虑：
（1）实体：
组成系统的元素、对象：
（2）属性：
实体的特征：
（3）活动：
系统由一个状态到另一个状态的变化过程。
系统仿真是研究系统的一种重要手段，而系统模型则是仿真所要研究的直接对象。
系统模型是对实际系统的一种抽象，是对系统本质（或是系统的某种特性）的一种描述。
模型可视为对真实世界中物体或过程的信息进行形式化的结果。
模型具有与系统相似的特性，可以以各种形式更深刻的反映实际系统的主要特征和运动规律，是对实际系统更高层次上的抽象，本身就是对实体认识的结果。
从这个意义上来说，模型优于实体。
模型可分两种即实体模型和数学模型。
实体模型是一种物理模型。
而数学模型可以分为原始系统数学模型和仿真系统数学模型。
表2.1为各类数学模型及数学描述。
表2.1各种数学模型
模型类型
静态系统模型
动态系统模型
连续系统模型
离散系统模型
集中参数
分布参数
离散时间
数学描述
代数方程
微分方程
状态方程
传递函数
偏微分方程
差分方程
离散状态方程
概率分布排队论
2.1电液伺服系统基础理论
液压控制系统的优点是功率重量比大、响应速度快等，能够对任意被控制对象进行控制并且精度很高，并且存在外部干扰时，工作同样可以稳定而准确的进行。
所以，这样的系统大量广泛的应用在工程机械、大型实验设备、船舰、航空航天、雷达部门。
电液伺服系统的结构框图如图2.1:
图2.1电液伺服系统的基本结构图
图2.2电液控制系统框图
见图2.2，电液控制系统的组成通常包括以下几个单元:
（1）指令单元：
按照系统的动作要求发出相对应的电压信号。
指令单元可以是信号发生器、计算机等电子器件。
若是计算机，由其软件给出指令，再由D/A转换为电压信号。
（2）比较单元：
作用是比较控制信号和反馈信号，通过对比相减得出偏差信号。
它通常包含在计算机或控制放大器中，它可以是电子部件或计算机软件。
（3）控制放大器：
它将电压信号转换为电流信号。
根据不同的电液控制阀，有伺服控制器、比例控制器等，有时还包括一些补偿部分和功率放大器件等。
（4）电液控制阀：
包括电液伺服阀、电液比例阀等，其将电信号转换成液压量（液流的压力及流量）输出。
（5）执行元件：
液压缸或液压马达，液压控制阀输出的流量和压力使执行元件的可动部分动作。
可动部分与负载相连接。
（6）负载：
被控对象,其和执行元件的可动部分相连接所以同时运动。
在负载运动输出的某一参数值，系统的控制量便可按照需要从输出量中选择其中的某一量。
（7）检测单元：
用于检测控制量的器件，通常为传感器及其二次仪表。
通过将它检测出控制量转换成电量再放大便能够用于系统的测量、反馈。
（8）能源装置：
泵站或液压源，它是系统的动位置源。
它主要为系统提供驱动负载的液流。
2.2电液伺服控制系统建模
传递函数分析法是研究电液伺服系统最经常采用的建模方式。
传递函数能够说明系统的输入信号与输出信号之间的关系，它本身只是系统本身的特性参数的一个关系式。
传递函数分析法主要用来研究线性系统动态特性，它能够很大程度上地简化系统动态性能的分析过程。
大多数的液压系统都有非线性特点，传递函数分析法看似不能使用，其实如果进行适当的简化处理与非线性-线性化处理，传递函数分析法还是能够对液压系统的动态性能进行分析。
由于电液激振台是电液位置伺服控制系统的一种。
所以本章主要进行电液位置伺服系统的数学建模。
2.3电液位置伺服系统的基本原理
电液位置伺服控制系统以液体作为动力传输和控制介质，利用电信号进行控制输入和反馈。
只要输入某一规律的输入信号，执行元件就能启动、快速并准确地复现输入量的变化规律
典型电液位置伺服控制系统如图2.3所示
图2.3电液位置伺服系统原理图
2.4电液位置伺服机构的基本要求
本系统是一种试验系统，作为对电液伺服系统进行
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