电液比例位置系统控制的simulink仿真

电液比例位置系统控制的simulink仿真1、绪论电液比例技术是从1967年瑞士布格林公司KL比例复合阀研制成功开始的。在比例技术第一阶段，比例技术仅仅是将比例型的电一机械转换器代替电磁铁或调节手柄，阀的结构几乎没有变化，一般不参加反馈，其工作频率仅为1〜5HZ,稳态滞环在4〜7%之间，多用于开环系统。在比例控制的第二阶段，将耐高压比例电磁铁和比例放大器及各种内反馈原理相结合，使比例元件的工作频宽增加到5〜15HZ,稳态滞环减少到3%。可用于开环或闭环控制。在比例技术的第三阶段（20世纪80年代以后），比例技术不断完善，采用了压力、位移、流量内反馈和动压反馈及智能校正、自适应控制等现代控制方法，使比例阀和比例控制系统的稳态和动态响应都进一步提高。2、电液比例控制系统的建立2.1电液比例控制系统的回路设计电液比例控制系统回路如图2-1所示：图2-1电液比例控制系统回路2.2电液比例控制系统的数学模型的建立六、总的数学模型分别对环节的微分方程进行拉普拉斯变换。比例放大器环节:l=KpiUKpi：比例放大器的放大系数，数值及单位0.2A/V。比例电磁铁环节Fm=Kp2lKp2：比例电磁铁的电流-力增益，数值及单位40.5N/A。先导阀环节:m1Ys2+cvYs+KsyY=Fm-Fffmi：先导阀移动部件质量，数值及单位0.05kg；Cy：先导阀粘性阻尼系数，数值及单位10N•m/s;Kw：先导阀弹簧刚度，数值及单位1000N/m;比例阀反馈杆反馈力：卜仟=KfR-Xv际：比例阀反馈杆的反馈系数，数值及单位1000N/m：先导阀位移转换为压力差环节APx=Kp3Y、3：先导液桥压力增益，数值及单位6X108pa/m;压力差传化为输出力的环节：F护ApxAc；Ac：主阀控制腔液压作用面积7.065X10-6；将力转化为主阀芯位移的环节:nhXvsZ+CxXvS+lQBFRf-Fxm2：主阀芯质量，数值及单位0.4kg；cx：主阀芯的动阻尼系数，数值及单位50N-m/s;0主阀弹簧刚度，数值及单位5000N/m；阀控液压缸环节:KclMXps2+(KclBp+A1Ame)Xps+KclFf=KqlAiXvM：活塞及负载的总质量500kg；Ff：外部干扰力，100CP10000N；%：活塞及负载的粘性阻尼系数10000N-m/s；A】：液压缸无杆腔活塞面积，A、=^0.1252=12.27X10-3m2；A2：液压缸无杆腔活塞面积，A2=：(0.1252—0.072)=8.423X10—3nF；Anie:平均活塞面积，Ame=10.34X10—3nF；Kqi：流量增益；Kcl：流量压力增益系数；aD：主阀的流量系数，取0.7；W：面积梯度(开口的总边长)，取6.4X10-3；P：工作油液密度830kg/m3;Y：流量比，A2/A1=0.6864;kk==1.036;J2(l+y3)

选取Plo=l.5Mpa,xv0=0.003m；得Kqi=0.300m2/s,KC1=1.28x10-10ms/N-s;反馈环节：Uf=KRXpKr：位移传感器的放大系数，6.667V/mo对己知各环节的数学模型建立方框图如图2-2,2-3,2-4所示:图2-2图2-3图2-43、基于MATLAB的常规PID控制simulink仿真Mat1ab-Simu1ink仿真框图如图(3-1)所示图3-1控制系统的仿真框图3.3系统的瞬态响应分析该系统的单位阶跃响应用matlab仿真得到，如图3-4所示:

StepResponseFrom:In1To:Out1StepResponseFrom:In1To:Out1系统的单位阶跃响应上升时间t】・：tr=0.0439s；峰值时间tp:tp=0.114s；最大超调量Mp:Mp=°,*』Sx100%=14%；调整时间ts:ts=0.427s；震荡次数N:N=6.53.4对系统进行PID校正此图为在matlab中仿真的PID控制器,如图3-5所示。可以通过改变比例环节(P)、积分环节(I)、以及微分环节(D)的系数来改善控制系统的性能。183-5PID控制器根据上一节所述的PID的调节方法，来选择各环节的系数。183-5PID控制器在受到阶跃干扰的情况下，如图3-6所示，如果不加校正，当受到10000N的阶跃力作用时，稳态值趋向0.0136m,而实际是0.15m。出现了较大的误差。图3-6受到干扰的阶跃响应进行PID校正积分时间常数Ti=0.1s、0.2s、0.5s时的bode图，如图3-7表示，分别用红色、绿色、蓝色表示，其增益交界频率3c分别为4.45rad/sec,5.5rad/sec,7.06rad/sec,相位裕量丫分别为63.1。、44.3。、30.8。。当乌取值过小时，稳定性会明显变差，所以Ti应取较大值，而Ti取较大值还会导致响应变慢。经验表明y沼30。~60。是较为合适的。所以时间常数&的取值范围定为0.1~0.5。Bode图From:In1To:Out1100，:-300-90-180•270•36。-450(炊9归皿*-20010"110°10-300-90-180•270•36。-450(炊9归皿*频奉(rad/sec)图3-7取不同时间常数得到的bode图再对其输入与扰动引起的响应分别进行分析，如图3-8所示：

绘制了四条阶跃输入引起的响应，由