電液力控制系統(tǒng)分析與校正設計

控制工程基礎大作業(yè)MATLAB軟件應用2019年秋季學期專業(yè)名稱：機械設計制造及其自動化專業(yè)班級：機設178姓名：學號：成績：授課教師：邱瑛一、教學目的：使學生能夠掌握現(xiàn)代工程工具MATLAB軟件使用的基本方法，能夠應用MATLAB軟件對控制系統(tǒng)進行建模及性能分析。二、內容要求：1.控制系統(tǒng)建模（1）確定所研究的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，清晰表述系統(tǒng)的具體工作原理及參數(shù)條件；（同學們可以通過查閱相關的文獻資料、生活或者工程實踐中的實際案例確定自己所研究的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)）（2）繪制閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)的職能方框圖、函數(shù)方框圖，并建立系統(tǒng)的傳遞函數(shù)形式的數(shù)學模型。2．應用MATLAB軟件進行控制系統(tǒng)性能分析針對所選定的閉環(huán)控制系統(tǒng)，應用MATLAB軟件完成以下工作：（1）控制系統(tǒng)頻域特性分析分別使用nyquist函數(shù)和bode函數(shù)繪制系統(tǒng)的開環(huán)奈奎斯特圖和開環(huán)波德圖，并附程序清單。（2）控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析判定控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并進行控制系統(tǒng)相對穩(wěn)定性分析，計算穩(wěn)定性裕量，并附程序清單。（3）控制系統(tǒng)時域特性分析使用step函數(shù)繪制控制系統(tǒng)的單位階躍響應曲線，分析控制系統(tǒng)響應的快速性指標，分析比較結構參數(shù)變化對系統(tǒng)性能的影響，并附程序清單。三、作業(yè)書寫注意事項：1．封皮格式按照此模板內容，不必更改，完整填寫相應的個人信息；2．正文按照第二部分內容要求的順序分項書寫，給出運行結果并附上完整的編寫程序清單（同時提交電子版程序）；3．本模板及要求保留，另起一頁書寫正文的內容成果，A4紙雙面打印，左側裝訂；4．杜絕抄襲，如果雷同，按照零分計；5．抽查答辯，采用百分制記分，占期末總評成績的10%?！犊刂乒こ袒A》MATLAB大作業(yè)評分標準評分標準內容方面評分依據分值對所選案例控制原理分析描述的準確、清晰情況；20分系統(tǒng)職能方框圖的繪制；系統(tǒng)函數(shù)方框圖的繪制；20分系統(tǒng)穩(wěn)定性、快速性、準確性分析；30分系統(tǒng)綜合特性的分析，是否需要進行綜合校正，校正方法確定；10分參考文獻收集文獻資料應在５篇以上；參考文獻著錄按國家標準著錄引用規(guī)范，并按標準格式書寫參考文獻。10分書寫規(guī)范性大作業(yè)書寫格式規(guī)范性（包括排版、圖號圖名、表號表名、公式輸入及公式號等）；語言敘述的通順性，分析時邏輯關系清晰程度等。10分控制工程基礎大作業(yè)題目:電液力控制系統(tǒng)分析與校正設計一、控制系統(tǒng)建模電液力控制系統(tǒng)主要是由伺服放大器、電液力控制閥、液壓缸和力傳感器等組成。原理：當指示裝置發(fā)出指令電壓指導作用于系統(tǒng)時，液壓缸便有輸出力，該力由傳感器檢測轉換為，反饋電壓信號與指令電壓信號相比較，得出偏差電壓信號。此偏差信號經此伺服放大器放大后輸出電流，此電流輸入到伺服閥，伺服閥產生負載壓差作用于液壓缸活塞上，是輸出力向減小誤差的方向變化，直至輸出力等于指令信號所規(guī)定的值為止。原理圖如圖一圖一職能方框圖如圖二+μrμe伺服放大器i電液伺服閥液壓杠+μrμe伺服放大器電液伺服閥液壓杠μf-力傳感器μf-力傳感器圖二函數(shù)方框圖如圖三+μeKQK1KqFK1(+μeKQK1K液壓缸電液伺服閥iμr伺服放大器-μf-μfKKf力傳感器力傳感器圖三(1)伺服放大器為放大環(huán)節(jié)G1（s）=K1(2)電液伺服閥為放大環(huán)節(jié)G2（s）=KQ(3)液壓缸為振蕩環(huán)節(jié)G3（s）=K(4)力傳感器為反饋環(huán)節(jié)G4（s）=Kf系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)Gk(s)=K系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)GB(s)=查詢液壓理論伺服與實踐后為各系數(shù)賦值K1==20000KQ=0.001Kq=1060ω0=30ω1=150ω2=70ζh=0.5Kf=0.0002F=代入數(shù)據整理得開環(huán)傳遞函數(shù)為Gk(s)=100代入數(shù)據整理得閉環(huán)傳遞函數(shù)為GB(s)=22.2二、應用MATLAB軟件進行控制系統(tǒng)性能分析（1）控制系統(tǒng)頻域特性分析奈奎斯特圖程序清單（程序a1）：num=100*[0.000044,0.0067,1];den=conv([0.033,1],[0.00024,0.014,1]);nyquist(num,den,'-k')奈奎斯特圖如圖四圖四波德圖程序清單（程序a2）：G=tf(100*[0.000044,0.0067,1],conv([0.033,1],[0.00024,0.014,1]));bode(G,'-K')grid波德圖如圖五圖五（二）控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析檢測穩(wěn)定性程序如下（程序a3）GH=tf(100*[0.000044,0.0067,1],conv([0.033,1],[0.0002,0.014,1]));sys=feedback(GH,1);z=[tzero(sys)]'p=[pole(sys)]'ii=find(real(p)>0);n1=length(ii);ij=find(real(z)>0);n2=length(ij);if(n1>0),disp('系統(tǒng)不穩(wěn)定！');...else,disp('系統(tǒng)穩(wěn)定!');endif(n2>0),disp('系統(tǒng)不是最小相位系統(tǒng)！');endmargin(GH);[Gm,Pm,Wcg,Wcp]=margin(GH);PGm=num2str(20*log10(Gm));PPm=num2str(Pm);Gms=char('系統(tǒng)的幅值裕量為',PGm);Pms=char('系統(tǒng)的相位裕量為',PPm);disp(Gms);disp(Pms);結果是z=1.0e+02*-0.7614-1.3012i-0.7614+1.3012ip=1.0e+02*-6.3364+0.0000i-0.6667-1.4038i-0.6667+1.4038i顯示結果為：系統(tǒng)穩(wěn)定!系統(tǒng)的幅值裕量為Inf系統(tǒng)的相位裕量為85.0117圖六根據所得結果，系統(tǒng)穩(wěn)定；系統(tǒng)的幅值裕量為Inf，系統(tǒng)的相位裕量85.0117。（三）控制系統(tǒng)時域特性分析時域性分析程序如下（程序a4）num=[22.22,3333.3,500000];den=[0.0000086,0.0046,0.714,101];G=tf(num,den);step(G);從圖中讀出上升時間tr=0.00267s峰值時間0.00781，最大超調量20.5%調整時間0.0342s。從圖中看出，響應時間很快，但是最大超調量較大，在實際工程應用中會產生沖擊，應適當減小。參考文獻：柳洪義，機