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1、阳泉学院毕业设计说明书毕业生姓名：专业：电气自动化技术学号：指导教师：所属系（部）：信 息 系二一五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
2、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 年月目 录摘 要iAbstractii一、绪论电液伺服系统的发展与研究现状电液伺服系统的特点及分类电液位置伺服系统1.4 研究内容及目的二、 电液位置控系统的数学建模2.1 电液伺服系统基础理论电液伺服控制系统建模2.3 电液位置伺服系统的基本原理2.4 电液位置伺服机构的基本要求2.5 电液位置伺服系统的基本方程和方
3、块图伺服阀放大器2.5.2 电液伺服阀的基本方程2.5.3 液压缸的基本方程2.5.4 电液位置伺服系统的数学建模三、 PID控制器的设计3.1 PID控制系统设计原理3.1.1 比例(P)控制3.1.2 积分(I)控制3.1.3 微分(D)控制3.2 PID控制特点3.3 PID控制参数整定3.3.1临界比例度法衰减曲线法稳定边界法整定PID参数(Z-N Method)用试凑法确定PID控制器参数:3.4 PID控制器的设计比例部分整定积分部分整定微分部分整定四、Matlab/Simulink仿真分析4.1 MATLAB 简介4.1.1 MATLAB 的特色4.1.2 MATLAB系统及工具
4、箱4.2 设计仿真4.3 电伺服位置控系统的稳定性分析4.4 控制器的仿真分析4.4.1 比例控制器（P）4.4.2 比例控制器（PI）4.4.3 比例控制器（PD） 比例控制器（PID）4.5 系统在不同给定信号的响应曲线4.5.1 系统在给定不同频率的正弦波的响应曲线4.6 系统在加扰动后的响应曲线总 结参考文献致 谢基于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
5、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/SIMULINKAbstractAiming at electro-hydraulic position control servo system has the advantages of compact structure, fast response, high power weight ratio, anti interference can strong position, low
6、and stable good etc. characteristics, first of all on the electro-hydraulic 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
7、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/S
8、IMULINK 一、绪论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。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
9、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。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
10、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
11、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
12、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。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
