电液伺服比例阀动态响应仿真分析
电液力伺服控制系统设计与动态仿真
M Ks S Fm ef t1
表 1 工件疲劳实验机电液力伺服控制系统设计要求和给定参数 参 数
450 9000～ 180000 10 90000
单 位
kg N� cm cm N s
工 件
系统性能参数
≤±5
10
图 1 工件疲劳实验机电液力伺服控制系统原理图
静态设计的主要内容是确定液压动力元件参 数, 选择系统的组成元件。 液压动力元件参数应能满
+ 1)
(
2 s Ν 0 + 1) ( 2 + 2 × 2 + 1) Ξr Ξ0 Ξ0
s
图 2 系 统 sim ulink 动态模型
图 3 系统开环传递函数B ode 图
112
2. 2 系统稳定性分析 电液力伺服控制系统中伺服阀的固有频率一般 远大于负载固有频率, 可以视为比例环节。 此时, 若 负载刚度远大于液压弹簧刚度 , 系统动态特性主要 由液体压缩性形成的惯性环节决定; 若负载刚度远 小于液压弹簧刚度 , 则二阶振荡环节的固有频率处 的谐振峰值抬高。 只考虑液压缸与负载的动态特性 时, 系统是稳定的, 若考虑到力传感器、 伺服放大器 和电液伺服阀的相位滞后时 , 系统可能变为不稳定。 根据图 2 所示的系统 sim ulink 动态模型 , 绘制出系统 开环传递函数的 Bode 图如图 3 所示, 上图为幅频特 性图 , 下图为相频特性图。 由幅频特性图可看 出, 频 率为 Ξ0 = 674 rad �s
F g = K pA p s
2 2 Ξ m
式中 Ξm —— 负载固有频率; Ξr —— 一阶惯性环节的转折频率; Ξ0 —— 二阶振荡环节的固有频率; Ν 0 —— 二阶振荡环节的阻尼比。 通过系统给定参数和查阅伺服阀样本 , 计算当 负载弹簧 K s = 180000 N �c m 时, 传递函数中的主要参 数: 放大器增益 K a = 40000 m A� V , Ξr = 0. 588 rad �s, Ξ m = 200r ad �s , Ξ0 = 674r ad �s, Ν 0 = 0. 005 。 其中, 放大器 增益需要在求出系统开环增益后, 根据其他环节增 益获得。 系统开环增益 K 0 可根据稳态控制精度来确 定。 为得到 ± 5◊ 的稳态控制精度, 开环增益为 K 0 = 1�0. 05 = 20, 取 K 0 = 25。 根据系统各环节的传递函数 , 建立系统 si m ulink 动态模型如图 2 所示。
电液比例控制系统的实验分析的毕业论文
电液比例控制系统的实验分析的毕业论文目录第1章序论 (1)1.1电液比例控制技术的形成和发展趋势 (1)1.2F ESTO D IDACTIC自动化控制技术培训简介 (3)1.3研究思路与容 (4)第2章电液比例控制技术概述 (5)2.1电液比例控制技术的含义与容 (5)2.2电液比例控制的特点 (5)2.3比例控制的基本原理 (6)2.4比例控制的应用 (6)2.5电液比例控制元件的围 (6)第3章电液比例控制系统主要元件 (7)3.1额定值信号给定单元 (7)3.2放大器 (8)3.3比例溢流阀。
(11)3.4液压缸 (14)3.5三位四通比例阀 (16)第4章电液比例控制系统实验研究 (20)4.1F ESTO试验台须知 (20)4.2压力机（单向放大器的特性曲线） (20)4.3滚轧机的接触滚轮（比例压力阀） (25)4.4夹紧装置（压力回路） (29)4.5铣床（双向放大器的特性曲线） (33)4.6压印机（斜坡额定值的设定） (37)*4.7车斗（额定值的外部控制） (42)第5章总结 (49)参考文献 (50)致谢 (51)诚信声明第1章序论电液比例控制技术,是在以开环传动为主要特征的传统液压传动技术，和以闭环控制为特征的电液伺服控制技术基础上，为适应一般工程系统对传动与控制特性或有所侧重或兼而有之的特别要求，从20世纪60、70年代开始，逐步发展起来的流体传动与控制领域中一个具有旺盛生命力的新分支。
现今，电液比例控制技术已成为工业机械、工程建设机械及国防尖端产品不可或缺的重要手段，引起相关工业界、技术界的格外目重视。
但由于所具有的一些特点，对这种技术的了解、掌握、运用，不论是理论上，还是实践上，都有很多问题研究、探讨、总结、提髙，使其形成相应的科学体系，以更好地推动技术的发展和相关人才的培养。
电液比例技术本来就是流体传动与控制技术中的一个新的分支。
所以，原来一般液压传动技术和电液伺服技术所共有的主要特点、优点与缺点、电液比例技术照样具备。
电液比例方向阀控位置系统仿真研究
电液比例方向阀控位置系统仿真研究摘 要：为了满足生产工艺的设计要求，电液比例控制系统的静态性能和动态性能往往需要进行校核，本文结合比例控制元件的特性和自动控制原理设计方法，通过参数计算建立了电液比例方向阀控位置系统的数学模型，利用MA TLAB 仿真校核比例控制系统的动态性能，实现了对系统参数的校正。
关键词：电液比例阀；数学建模；MA TLAB0 前言电液比例阀是在通断式控制元件和伺服控制元件的基础上发展起来的一种电－液控制元件，它可以接受电信号的指令，连续地控制液压系统的压力、流量和方向等参数，使之与输入信号成比例地变化。
电液比例控制技术作为连结现代微电子技术和大功率工程控制设备之间的桥梁，已经成为现代控制工程的基本技术构成之一。
与传统的电液伺服技术相比，它具有可靠、节能和廉价等明显特点，已经赢得相当广泛的应用领域。
实际应用中，为了改进和优化电液控制系统的控制特性，需要对系统进行理论分析和实验研究。
理论分析通常借助自动控制理论，为了分析便利常引入一些假设使问题简化，往往难以得到令人满意的结果；实验研究一般以建立实际系统或相似物理模型为前提，需要在时间、空间、费用等方面花费较大的代价。
相对而言，采用计算机仿真手段对电液控制系统进行研究则具有非常突出的优点[1]。
本文利用MA TLAB 仿真具有改变参数方便，与客观实际一致性好，省工省时，研究质量高的优点对比例方向阀控闭环位置系统进行了动态性能分析。
1 系统数学建模图1为采用比例方向阀构成的闭环位置控制系统，其基本组成与相应各环节的传递函数如图2所示。
建立只有惯性负载的动态数学模型方法如下[2]：1）比例放大器：其转折频率比系统的频宽高得多，可近似为比例环节，设增益为a K 。
2）位置检测传感器：其频宽也比系统频宽高得多，亦可近似为比例环节，设增益为m K 。
3）比例方向阀：根据测试结果，工程上将比例方向阀视为一个二阶环节，传递函数为1)(222++=vv vssqpv K s W ωδω，式中q K 为比例方向阀的流量增益（A s m⋅3）；v ω为比例方向阀的相频宽（s rad ）；v δ为比例方向阀的阻尼比，取值范围为0.5～0.7。
电液伺服阀的动态仿真
K f 22.34N / cm ，综合刚度 Kan 626.22N.cm / rad 。 由劳斯稳定判据的计算有
K vf mf
2mf
（2-35）
将 mf 和 mf 代入上式，得到
Kvf 2mf mf 2 0.52 900 936Hz
（2-36）
取 Kvf 800Hz
，表示伺服阀频宽大小，K vf
越大，则阀的响应频率高。
上式表示为
G1 (s)
s(s2 2Biblioteka mfK vf 2mf
mf
s 1)
该系统的特征方程为
1 2
mf
s3 2mf mf
s 2 s Kvf
0
对于三阶系统，应用劳斯稳定判据有
2mf 0 mf Kvf 0
AN ——喷嘴孔面积 ——挡板转角
b ——反馈杆小球中心到喷嘴孔轴心线距离
K f ——反馈杆刚度
xv ——阀芯位移 阀芯静态力平衡方程
式中
rK p Av K f xv Kh xv
（2-21）
Av ——阀芯端面面积
阀空载流量方程
Kh ——阀芯液动力刚度
q Cdv xvW
1 ps
式中
Avp mv s 2 xv Bv sxv (Kh K f )xv
（2-27）
mv ——阀芯质量
Bv ——阀芯速度阻尼系数 联立式（2-24）、式（2-25）、式（2-26）、和式（2-27）并作适当运算，得 到如图 2-9 所示动态特性框图，它可用来初步估算阀的动态响应。
图 2-9 动态特性框图
电液伺服阀
1 电液伺服阀概述
电—液伺服阀既是电液转换元件，也是功率放大元件。它能够将输入的微 小的电气信号转换为大功率的液压信号（流量与压力）输出。根据输出液压信号 的不同。电—液伺服阀可分为电—液流量控制伺服阀和电—液压力控制伺服阀两 大类。
《2024年电液伺服系统模糊PID控制仿真与试验研究》范文
《电液伺服系统模糊PID控制仿真与试验研究》篇一一、引言随着现代工业自动化技术的飞速发展，电液伺服系统作为重要组成部分，在众多领域中发挥着重要作用。
然而，由于电液伺服系统存在非线性、时变性和不确定性等特点，其控制问题一直是研究的热点和难点。
传统的PID控制方法在面对复杂多变的环境时，往往难以达到理想的控制效果。
因此，本文提出了一种基于模糊PID控制的电液伺服系统控制策略，并进行了仿真与试验研究。
二、电液伺服系统概述电液伺服系统主要由液压泵、液压马达、传感器和控制器等部分组成。
它利用电信号驱动液压系统工作，实现对负载的精确控制。
由于其具有高精度、快速响应等特点，在机械制造、航空航天、船舶等领域得到了广泛应用。
然而，由于电液伺服系统的复杂性，其控制问题一直是研究的重点。
三、模糊PID控制策略针对电液伺服系统的特点，本文提出了一种模糊PID控制策略。
该策略结合了传统PID控制和模糊控制的优点，通过引入模糊逻辑对PID参数进行在线调整，以适应系统参数的变化和环境干扰。
模糊PID控制策略能够在保证系统稳定性的同时，提高系统的响应速度和抗干扰能力。
四、仿真研究为了验证模糊PID控制策略的有效性，本文进行了仿真研究。
首先，建立了电液伺服系统的数学模型和仿真模型。
然后，分别采用传统PID控制和模糊PID控制对模型进行仿真实验。
通过对比两种控制策略的响应速度、稳态精度和抗干扰能力等指标，发现模糊PID控制在电液伺服系统中具有更好的性能。
五、试验研究为了进一步验证模糊PID控制策略的实用性，本文进行了试验研究。
在试验过程中，首先搭建了电液伺服系统的试验平台，然后分别采用传统PID控制和模糊PID控制对实际系统进行控制。
通过对比两种控制策略的试验结果，发现模糊PID控制在电液伺服系统中具有更高的稳态精度和更快的响应速度。
此外，在面对环境干扰时，模糊PID控制也表现出更强的抗干扰能力。
六、结论本文通过对电液伺服系统的模糊PID控制进行仿真与试验研究，验证了该策略的有效性。
《2024年电液伺服系统模糊PID控制仿真与试验研究》范文
《电液伺服系统模糊PID控制仿真与试验研究》篇一一、引言电液伺服系统是一种广泛应用于工业、航空、航天等领域的控制系统，其性能的优劣直接影响到整个系统的运行效果。
随着科技的发展，传统的PID控制已经无法满足复杂多变的控制需求，因此，研究新型的电液伺服系统控制策略具有重要的实际意义。
本文针对电液伺服系统，采用模糊PID控制策略进行仿真与试验研究，以期为实际应用提供理论依据。
二、电液伺服系统概述电液伺服系统主要由伺服阀、液压缸、控制器等部分组成。
其中，控制器是系统的核心部分，负责接收指令并输出控制信号。
传统的PID控制虽然简单有效，但在面对复杂多变的控制环境时，其控制效果往往不尽如人意。
因此，本文采用模糊PID控制策略，以提高电液伺服系统的控制性能。
三、模糊PID控制策略模糊PID控制是一种将模糊控制与PID控制相结合的控制策略。
该策略通过引入模糊逻辑，对PID控制的参数进行在线调整，以适应不同的控制环境。
具体而言，模糊PID控制通过建立模糊规则库，将控制误差和误差变化率作为输入，对PID控制的三个参数（比例系数、积分系数、微分系数）进行在线调整。
这样，在面对复杂多变的控制环境时，模糊PID控制能够根据实际情况自动调整参数，提高系统的控制性能。
四、仿真研究本文采用MATLAB/Simulink软件进行仿真研究。
首先，建立了电液伺服系统的仿真模型，包括伺服阀、液压缸、控制器等部分。
然后，将模糊PID控制策略应用于仿真模型中，与传统的PID控制进行对比。
仿真结果表明，在面对复杂多变的控制环境时，模糊PID控制的响应速度更快、超调量更小、稳态误差更低，具有更好的控制性能。
五、试验研究为了进一步验证模糊PID控制的实际效果，本文进行了试验研究。
首先，搭建了电液伺服系统的试验平台，包括伺服阀、液压缸、传感器等部分。
然后，将模糊PID控制策略应用于试验平台中，与传统的PID控制进行对比。
试验结果表明，模糊PID控制在面对实际工况时，同样具有更好的控制性能和更高的稳定性。
电液伺服控制系统的设计与仿真
电液伺服控制系统的设计与仿真引言电液伺服系统具有响应速度快、输出功率大、控制精确性高等突出优点，因而在航空航天、军事、冶金、交通、工程机械等领域得到广泛应用。
随着电液伺服阀的诞生，使液压伺服技术进入了电液伺服时代，其应用领域也得到广泛的扩展。
随着液压系统逐渐趋于复杂和对液压系统仿真要求的不断提高，传统的利用微分方程和差分方程建模进行动态特性仿真的方法已经不能满足需要。
因此，利用AMESim、Matlab／Simulink等仿真软件对电液伺服控制系统进行动态仿真，对于改进系统的设计以及提高液压系统的可靠性都具有重要意义。
1 液压系统动态特性研究概述随着液压技术的不断发展与进步和应用领域与范围的不断扩大，系统柔性化与各种性能要求更高，采用传统的以完成执行机构预定动作循环和限于系统静态性能的系统设计远远不能满足要求。
因此，现代液压系统设计研究人员对系统动态特性进行研究，了解和掌握液压系统动态工作特性与参数变化，以提高系统的响应特性、控制精度以及工作可靠性，是非常必要的。
1.1 液压系统动态特性简述液压系统动态特性是其在失去原来平衡状态到达新的平衡状态过程中所表现出来的特性，原因主要是由传动与控制系统的过程变化以及外界干扰引起的。
在此过程中，系统各参变量随时间变化性能的好坏，决定系统动态特性的优劣。
系统动态特性主要表现为稳定性（系统中压力瞬间峰值与波动情况）以及过渡过程品质（执行、控制机构的响应品质和响应速度）问题。
液压系统动态特性的研究方法主要有传递函数分析法、模拟仿真法、实验研究法和数字仿真法等。
数字仿真法是利用计算机技术研究液压系统动态特性的一种方法。
先是建立液压系统动态过程的数字模型——状态方程，然后在计算机上求出系统中主要变量在动态过程的时域解。
该方法适用于线性与非线性系统，可以模拟出输入函数作用下系统各参变量的变化情况，从而获得对系统动态过程直接、全面的了解，使研究人员在设计阶段就可预测液压系统动态性能，以便及时对设计结果进行验证与改进，保证系统的工作性能和可靠性，具有精确、适应性强、周期短以及费用低等优点。
摩擦焊机电液伺服控制系统联合仿真研究
１ 施 力 系统 建 模 与 仿 真
１ ． １ 施 力 系 统 的 构 成
如 图 １所 示 ． 摩 擦 焊 机 施 力 系 统 可 以 简 化 为 阀 控
液 压 缸 伺 服 系 统 ，其 中液 压 缸 为 前 后 两 腔 受 力 面 积 相 等 的对 称液压 缸 ， 缸 的一边 连接 负 载质 量块 （ 摩 擦 焊机 滑台） 。 定 量 液 压 泵 出 口 的 液 压 油 经 伺 服 比例 阀 流 入 液 压缸 ， 通 过 伺 服 比例 阀 控 制 液 压 缸 进 油 和 排 油 ， 从 而 实
等 软 件 进 行 联 合 仿 真 。 基 于 ＡＭＥ Ｓ ｉ ｍ／ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｉ ｎ ｋ的 联 合 仿 真 是 在 ＡＭＥ Ｓ ｉ ｍ 中建 立 液 压 模 型 ，在 Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｉ ｎ ｋ中做 控 制设 计 ． 同时利 用 两种 软 件 的最 佳 功能 ， 可 以 使 系 统 模型更加精确 ， 控制效果也得到提升 ＿ ８ ， ， 因 此本 文 借 助 ＡＭＥＳ ｉ ｍ／ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｉ ｎ ｋ联 合 仿 真 对 施 力 伺 服 系 统 进 行 动
关键词 ： 摩 擦 焊 机 电 液 伺 服 控 制 Ａ ＭＥ Ｓ ｉ ｍ ／ Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ 联 合 仿 真
中图分类号 ： Ｔ Ｐ ３ ９ １ ． ９ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ０ — ４ ９ ９ ８ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ７ — ０ ０ ３ １ — ０ ４
鸯 舔 珲机 淑 伺 暇 茬 割 春玩 联 合 奥 嘶 鬼术
口 马朝杰 口 杜随更 口 邵 奇 口 赵鑫哲
７１ ０ ０ ７ ２
西北 工业 大学 现 代 设 计 与 集 成 制 造 技 术 教 育 部 重 点 实 验室 西 安
《2024年电液伺服系统模糊PID控制仿真与试验研究》范文
《电液伺服系统模糊PID控制仿真与试验研究》篇一一、引言随着现代工业自动化和智能化的飞速发展，电液伺服系统作为高端技术装备的重要核心部件，在多个领域有着广泛的应用。
由于传统PID控制难以处理复杂的非线性系统和动态环境下的不确定性问题，为了进一步改善系统的性能和稳定性，本文提出了一种基于模糊PID控制的电液伺服系统控制策略。
本文将对该控制策略进行仿真与试验研究，并分析其性能和效果。
二、电液伺服系统概述电液伺服系统是一种以液压传动为基础，利用反馈原理和现代控制技术实现高精度、高响应速度的自动控制系统。
其工作原理是通过伺服阀将输入的电信号转换为液压能，驱动执行机构进行工作，同时通过传感器将执行机构的位移或速度等信息反馈给控制系统，形成闭环控制。
三、模糊PID控制策略针对电液伺服系统的非线性和不确定性问题，本文采用模糊PID控制策略。
该策略结合了传统PID控制和模糊控制的优势，通过引入模糊逻辑算法对PID参数进行在线调整，以适应系统的动态变化。
模糊PID控制策略包括模糊化、规则库、推理机和解模糊化等环节，能够根据系统的实时状态调整PID参数，提高系统的响应速度和稳定性。
四、仿真研究本文利用MATLAB/Simulink软件对电液伺服系统进行仿真研究。
首先建立了电液伺服系统的数学模型，然后分别对传统PID控制和模糊PID控制进行仿真对比。
仿真结果表明，在阶跃响应和正弦波跟踪等工况下，模糊PID控制具有更好的响应速度和稳定性，能够有效地抑制系统的超调和振荡。
五、试验研究为了进一步验证模糊PID控制在电液伺服系统中的效果，本文进行了实际试验研究。
试验中，我们将模糊PID控制策略应用于电液伺服系统，并与传统PID控制进行对比。
试验结果表明，在负载变化和外部环境干扰等复杂工况下，模糊PID控制能够保持较高的控制精度和稳定性，具有较好的鲁棒性。
六、结论本文针对电液伺服系统的非线性和不确定性问题，提出了一种基于模糊PID控制的控制策略。
比例伺服阀静动态特性仿真建模_沈伟
3
3． 1
仿真建模
阀芯动态仿真建模 本文针对美国摩格（ MOOG ） 公司的 D633 / D634 系列比
例伺服阀进行仿真建模 。 如果采用式（ 1 ） 作为阀芯动态仿真模型的参照， 一旦参 数确定， 阀芯动态的幅频特性和相频特性也就固定 。 这与比 例伺服阀样本中阀幅相频特性曲线随着输入信号的幅值变 化而不同有很大区别。为了克服上述的缺陷， 文中采用与文 4］ 献［ 类似的方法建立比例伺服阀阀芯动态的仿真模型， 如 图 2 所示。其本质是一个带有延迟和饱和的二阶振荡环节 。
A s1 （ x 珋 v） = A2 t （ x 珋 v） = A s2 （ x 珋 v） = A1 t （ x 珋 v） =
{ { { {
k1 x 珋 v 0
0≤x 珋 v ≤1 －1≤x 珋 v ≤0 0≤x 珋 v ≤1 －1≤x 珋 v ≤0
k1 t x 珋 v 0
－1≤x － k1 x 珋 珋 v v ≤0 0 0≤x 珋 v ≤1 （ 5） 4． 2
很多仿真软件已经将丰富的数学模型进行封装在运用仿真的方法对机电液以及热力学系统进行研究的过程中人们不再着重于具体的数学模型而是关注于模块的输入输出参数和特征参数?
第 32 卷
第 02 期
计
算
机
仿
真
2015 年 02 月
文章编号： 1006 － 9348 （ 2015 ） 02 － 0236 － 05
槡 p －p = C A （x ） 珋 槡ρ
d s2 v
— 237 —
饱和值为 L a 。延迟时间、 两个饱和值都是待定参数， 和函数， 需要运用第 4 节中的优化方法确定 。 3． 2 静态特性仿真建模 D633 / D634 的产品样本
电液比例伺服控制容积调速系统仿真研究
制系统 中得到了广泛的应用 ，但这种调速方式应用于 大惯量 、低转 速 、变负载系统时 ，其低 速控制性能较
差 ，系统效率 、速度 控制精 度和 自动 化程度 都较低 。 例如 ，煤矿防爆 液压 提升机 的控制依赖于人工手动操
ｔａ ｋ ｎ ｈ ｒ ｃｅ ｓｉ ｒ ｃ ｉ ｇ ｃ ａ ａ ｔｒ ｔ ｉ ｃ，ｓ ｌ ｒｓ ｅ ｄ ｏ ｅｓ ｏ ｔ ｉ ｈ ｒｓ ｅ ｄ ｃ ｎｒ ｌａ ｃ ｒｃ ｎ ｅ ｔｒｗ ｒ ｉｇ ｓａ ｉ ｔ ． ｍａｌ ｐ ｅ ｖ ｒｈ ｏ ，ｈ ｇ ｅ ｐ ｅ ｏ ｔ ｃ ｕ ａ ｙ ａ ｄ ｂ ｔ ｏ ｋ ｎ ｔ ｌ ｙ ｅ ｏ ｅ ｂ ｉ Ｋｅ ｗｏ ｄ ：Ｐ ｏ ｏ ｔ ｎ ｅ ｖ ａ ｖ ；Ｖｏｕ ｔ ｃ ｓ ｅ ｄ ｃ ｎ ｒｌｓ ｓｅ ；Ｓ ｓｅ ｓｍｕ ａｉ ｎ ｙ ｒ ｓ ｒ ｐ ｒｉ ａ ｓ ｒ ｏ ｖ ｅ ｏｌ ｌ ｌ ｍｅｒ ｐ ｅ ｏ ｔｏ ｙ ｔｍ ｉ ｙ ｔ ｍ ｉ ｌｔ ｏ
电液 比例 伺服 控 制容 积 调速 系统 仿真 研 究
杨存 智 ，刘 文 艺
（ｆ，师 范大学机 电工程 学院 ，江苏徐 州 ２ １ １ ） ４Ｊ ， ｗ ＇ ｌ ２ １６
摘要 ：分析 电液 比例伺服阀的特点及电液 比例伺服阀控 变量泵容积调 速的原理。利用 Ａ Ｅ ｉ ＭＳ ｍ软件 ，建 立 比例伺服 阀 控变量泵容积调速 系统 的仿真模型 。利用该模 型对系统 的性 能进行仿 真研 究 ，结果表 明：该 调速系统具有很好 的速度跟踪 特性 、较小 的速度超调量 、较高的速度控制精度 以及较好 的系统工作稳定性 关键词 ：比例伺服阀 ； 容积调速 系统 ；系统仿真
《2024年电液伺服系统模糊PID控制仿真与试验研究》范文
《电液伺服系统模糊PID控制仿真与试验研究》篇一一、引言随着现代工业和自动化技术的发展，电液伺服系统作为一种重要且复杂的高性能控制体系，已经广泛运用于众多工业领域，如机器人制造、工程机械和航天器控制系统等。
其中，控制算法的优化和改进是提高电液伺服系统性能的关键。
传统的PID控制算法在许多情况下已经无法满足高精度、高速度和高稳定性的要求。
因此，本文将探讨一种新型的模糊PID控制算法在电液伺服系统中的应用，并对其进行仿真与试验研究。
二、电液伺服系统概述电液伺服系统是一种基于电信号控制液压驱动的高效能控制系统。
它由传感器、执行器、控制器等部分组成，能够快速、精确地响应控制信号，具有较高的运动控制性能。
然而，由于其复杂性，其控制系统在受到多种因素的影响下容易发生扰动，因此对控制算法提出了较高的要求。
三、模糊PID控制算法原理及设计1. 模糊PID控制算法原理：该算法是一种将模糊控制和传统PID控制相结合的控制算法。
模糊控制能够处理不确定性和非线性问题，而PID控制则具有精确的响应和稳定的性能。
通过将两者结合，可以有效地提高系统的响应速度和稳定性。
2. 模糊PID控制算法设计：在设计中，我们首先确定了系统的输入和输出变量，然后通过模糊逻辑推理和PID算法相结合的方式对系统的控制参数进行动态调整。
该算法通过不断学习和调整模糊规则库和PID参数，实现了对系统的最优控制。
四、仿真研究本文使用MATLAB/Simulink软件对电液伺服系统进行了仿真研究。
通过将模糊PID控制算法应用于电液伺服系统模型中，我们发现该算法在面对不同扰动时能够快速、准确地调整控制参数，使得系统具有更高的响应速度和稳定性。
与传统的PID控制算法相比，模糊PID控制算法在许多情况下表现出更好的性能。
五、试验研究为了验证仿真结果的准确性，我们在实际电液伺服系统中进行了试验研究。
试验结果表明，模糊PID控制算法在实际应用中同样表现出较高的响应速度和稳定性。
基于AMESim 的电液伺服速度控制系统仿真分析
基于AMESim 的电液伺服速度控制系统仿真分析王强吴张永李红星武鹏飞刘建强（昆明理工大学流体控制工程研究所，云南昆明650093）摘要：在电液伺服控制系统设计分析中，由于传统的数学建模方法比较复杂，本文利用面向工程设计的高级建模软件AMESim 对阀控液压马达电液伺服速度控制系统进行建模，并对其动态特性进行了仿真分析，得到了较好的分析结果。
关键词：电液伺服控制系统；AMESim；仿真分析中图分类号：TH137 文献标识码：A 文章编号：1008- 0813（2008）04- 0031- 03 Simulation Analysis of Electro- Hydraulic Servo Velocity Control System Based on AMESim WANG Qiang WU Zhang-yong LI Hong-xing WU Peng-fei LIU Jian-qiang (Institute of Fluid Power Control Engineering, Kunming University of Science and Technology,Kunming 650093, China)Abstract: Conventional mathematical modeling, which is used in analysis of designing eletro-hydraulic servo control system, is comparative complex. This paper use AMESim software, which orients engineering design ,modeling hydraulic valve- controlled velocity system, analyzing dynamic characteristics of this system, getting a better analytical result.Key Words: eletro-hydraulic servo control system；AMESim；simulation analysis0 引言在实际工程中，经常需要进行速度控制，如机床进给装置的速度控制，雷达天线、炮塔、转台的姿态跟踪以及发电机、气轮机和水轮机的调速系统等。
电液伺服系统动态特性的分析与控制
电液伺服系统动态特性的分析与控制随着现代工业的发展，越来越多的机械设备采用电液伺服系统进行控制，这是因为电液伺服系统具有响应快、精度高、可靠性好等优点。
但是，电液伺服系统也存在着一些缺陷，如稳定性差、跟随误差大等问题。
因此，对于电液伺服系统的动态特性分析和控制显得尤为重要。
一、电液伺服系统动态特性分析电液伺服系统动态特性的分析可以从以下几个方面入手。
1、电动机的动态特性分析电动机作为电液伺服系统的动力源，其动态特性直接影响到整个系统的性能。
一般来说，电动机的动态特性可以通过分析其电机模型和转子惯量等参数来确定。
2、液压系统的动态特性分析液压系统的动态特性主要由液体动态响应、油压脉动、液压缸的弹性变形等因素所决定。
液体动态响应可通过液体的压力传递特性来分析，油压脉动可通过优化液压系统结构来降低。
3、伺服阀的动态特性分析伺服阀作为电液伺服系统的关键元件之一，其动态特性直接影响到系统的动态性能。
伺服阀的动态特性主要包括阀芯位移-流量特性和阀座调节特性等。
二、电液伺服系统的控制策略了解电液伺服系统的动态特性之后，就需要采用适当的控制策略来改善其性能。
1、PID控制策略PID控制策略是目前最常用的控制策略之一，其具有简单易懂、适用范围广等优点。
在电液伺服系统中，PID控制策略可以根据系统响应速度和跟随误差等参数进行调节。
2、自适应控制策略自适应控制策略可根据系统的动态响应特性进行调节，具有较好的适应性和鲁棒性。
在电液伺服系统中，自适应控制策略可在不同工况下对系统进行自适应调节和优化。
3、模型预测控制策略模型预测控制策略可根据系统动态模型进行控制，具有良好的追踪性能和鲁棒性。
在电液伺服系统中，模型预测控制策略可根据系统的数学模型进行控制。
三、结论电液伺服系统是现代工业中广泛采用的一种控制系统。
要想提高电液伺服系统的性能，就必须对其动态特性进行深入分析，并采取适当的控制策略来改善其性能。
在实际应用中，应根据具体工况选择适合的控制策略，并通过参数调整和优化设计等方式来提高控制效果。
电液比例阀控缸速度控制系统的建模与仿真
０ 引 言
近 年来 ， 着 电液 比例控 制 技 术 的发 展 ， 随 电液 比例
数据采 集卡组 成 （ 图 １ 示 ） 如 所 。电液 比例方 向阀采用 华 德生 产 的 ４ Ａ１Ｅ ０直 动 型滑 阀 ： ｗＲ ０ ４ 比例 控 制器采 用 配 套 的 ｖ 一 ０ ６３ １受 控 差 动 电压 ￣ Ｏ 最 大 输 出电 流 Ｔ ３ ０ （Байду номын сангаас ， ｌ Ｖ， ８０ ０ ｍＡ； 压 缸采用 四川长 江液 压件 厂生 产 的双 作用 单 液
液 压 缸 机 构 在该 系统 中 主要 以惯 性 负 载 为 主 。 根
（＝ ） （ ｊ ３ ）
Ｐ ＝ ｌ ２ ＬＰ 一
据 牛顿 第 二定 律 ，可 得液 压 缸输 出力 与 负 载力 的平 衡
方程 为 ： ＡＩＬ Ａ － Ｐ － Ａ２ ＋Ｌ Ｆ （０ １）
关 键词 ： 度 控 制 ； 速 阀控 非 对 称 缸 ； 模 ； 真 建 仿
中 图分 类号 ：Ｔ ３ ．１ Ｈ１ ７５ 文献标识码 ： Ａ 中图 分 类 号 ：１０ — ８ ３ ２ １ ０ — ０ ３ ０ ０ ８ ０ １ （ ０１ ） ８ ０ ２ — ５
Ｔｈｅ Ｍ ｏ ｅｉ ｇ ａ Ｓ ｍ ｕ ａｉ ｎ ｆ Ｅｌｃ ｒ —ｈ ｄ ａ ｌ Ｐｒ ｐｏ ｔ ｎａ ｄ ｌ ｎｄ ｉ ｌｔｏ ｏ ｅ ｔｏ — ｙ ｒ ｕ ｉ ｎ ｃ ｏ ｒｉ ｌ ｏ Ｖ ａｖｅ — ｏ ｔｏｌ ｄ Ｃｙ ｉ ｄ ｒ Ｓ ｅ Ｓ ｒ ｏ Ｓ ｓｅ ｌ —ｃ ｎ ｒ ｌ ｅ ｌ ｅ ｐｅ ｄ ｎ ｅ ｖ ｙ ｔｍ
定义 ｑ 为滑 阀的 负载流量 ， ｑ ＝ 即 Ｌｇ ， 液压缸 在稳 态时 总能流 量连续 性方 程 ：
一
（ ） （ ２ ）
电液伺服系统的动态特性模拟与分析
电液伺服系统的动态特性模拟与分析一、引言电液伺服系统是一种利用电液传动技术来实现精确控制的系统，广泛应用于工业自动化领域。
掌握电液伺服系统的动态特性对于系统的设计、性能优化以及故障诊断具有重要意义。
本文将通过模拟与分析的方法，深入探讨电液伺服系统的动态特性。
二、电液伺服系统的基本原理电液伺服系统主要由电液伺服阀、液压缸和反馈传感器组成。
系统通过电液伺服阀调节液压油的流量和压力，从而控制液压缸的运动。
反馈传感器将液压缸的位置、速度或力信号反馈给控制器，通过控制器对电液伺服阀进行控制，实现对液压缸位置、速度或力的精确控制。
三、电液伺服系统的动态特性1. 系统的传递函数为了分析电液伺服系统的动态特性，需要建立系统的传递函数。
传递函数是描述输入和输出之间关系的数学模型，通常采用拉普拉斯变换进行表示。
对于电液伺服系统，其传递函数可以通过系统的参数和结构进行求解。
2. 系统的阻尼比和固有频率电液伺服系统的阻尼比和固有频率是评价系统动态性能的重要指标。
阻尼比描述了系统在受到外部扰动时的衰减程度，固有频率表示系统自身振荡的频率。
通过调节系统的阻尼比和固有频率，可以使系统具有较好的动态响应和稳定性。
四、电液伺服系统的动态特性模拟在实际应用中，为了提高开发效率和降低成本，可以通过仿真软件对电液伺服系统的动态特性进行模拟。
常用的仿真软件包括MATLAB/Simulink、ADAMS等。
通过建立系统的数学模型、仿真负载和控制策略，可以快速评估系统的性能，并进行参数调整和优化。
五、电液伺服系统的动态特性分析除了模拟仿真，还可以通过实验方法对电液伺服系统的动态特性进行分析。
通过实测系统的输入输出响应，可以获得系统的阶跃响应、频率响应等特性。
通过对实验数据的处理和分析，可以得到系统的传递函数和动态特性参数。
六、应用案例以某型号液压舵机系统为例，通过模拟仿真和实验测试，分析系统的动态特性。
通过对模型参数的调整和控制策略的优化，实现了系统的良好动态性能，并提高了系统的控制精度和稳定性。
基于AMEsim_Simulink的电液伺服比例控制的同步回路建模与仿真研究
2
同步系统组成及原理
电液伺服比例阀控非对称液压缸同步系统的原 理图如图 1 所示。 两个液压缸的结构和参数完全相同 ， 用电液伺服 比例阀控制， 设定值与速度传感器输出信号的差值作 ， 为阀的控制信号， 系统的控制策略采用“同等方式 ” 即两个同步液压缸同时跟踪设定的理想输出 ， 分别受
收稿日期： 2012 － 04 － 20 作者简介： 于宗振（ 1987 － ） ， 男， 山东临沂人， 在读硕士， 主要从事机电系统控制方面的研究。
2 2 1
2（ 1 + n ） βe A Vt
槡
2 Vt （ 1 + n2 ） β e m
]
的固有频率， 该值可从产品样本提供的伯德图上查 到； ξ sv 为伺服比例阀的阻尼比； 由式 （ 7 ） ～ （ 10 ） 可绘 出对称阀控非对称液压缸位置控制系统方框图如图 2 所示。 由图 2 可求得对称阀控非对称液压缸位置控制
*
（ 3 ） 有些产品为了解决零漂问题， 设置了 第 4 位， 还可实现断电时的安全保护。 伺服比例阀内装放大器， 具有伺服阀的各种特 — — — 、 、 ， 性 零重叠 高精度 高频响 其工作频宽和性能已 达高性能伺服阀， 而成本仅为伺服阀的 1 /3 ， 对油液 清洁度要求比伺服阀低， 工作更可靠， 可用于位置、 压 ［1 ］ 力等要求无零位死区的闭环控制 。 笔者以电液伺服比例阀控非对称液压缸为研究 建立了电液伺服比例阀液压同步控制系统的数 对象， 学模型， 设计了 PID 控制器对同步系统的控制性能进 行优化。并利用 AMESim 和 Simulink 软件对双缸同 步液压系统进行了联合仿真， 仿真结果表明， 采用伺 服比例阀可以实现较高精度的同步控制 。
·机械研究与应用· 2012 年第 3 期 （ 总第 119 期）
提升机电液比例速度控制系统设计与仿真分析
8科技资讯 SC I EN C E & TE C HN O LO G Y I NF O R MA T IO N高 新 技 术本文以冶金行业某型提升装置为研究对象,合理选用电液比例方向阀、减压阀、速度传感器等元件构建控制系统并建立数学模型,最后利用计算机工程软件Matlab/Simulink,研究分析了系统的控制性能,使其更好的满足实际生产需要。
1 提升机电液比例控制系统设计提升机的一个重要参数是提升速度,提升速度的平稳性、快速性、准确性是衡量其性能的一个重要指标,直接影响着产品质量及生产效率。
为了对提升机的速度进行精确控制,设计了一种采用电液比例速度控制系统,提高提升机的速度控制精度,相关分析结果可对提升机的设计及改造维护提供理论参考。
根据实际生产要求提出控制系统的技术要求及性能指标如下:液压原理图如图1所示。
(1)速度控制频域动态指标: 相位裕度: 45~70 ;增益裕度: 8K dB dB;-3dB频宽: 8 Hz;(2)速度控制时域动态指标(在单位阶跃信号作用下): 上升时间: 0.2r t s s; 超调量: 10%p ; 调整时间: 0.2s t s s;(3)技术经济指标:位置控制精度 2% ; 工作噪声:<85dB。
2 提升机电液比例控制系统仿真根据系统原理建立相关元件的数学模型,得到系统传递函数,并带入相关参数如下。
系统的开环传递函数:1022()21qe d s m k h hhK K K K R K D G s ss22225.120.1551236.7236.7s s 系统的闭环传递函数:102120()21qe s mq h e d h hs m K K K R K D W s K K K s s K R K D 22225120.155226.1236.7236.7s s 根据式系统开环传递函数编写MATLAB程序,基本程序如下。
%Draw Bode clear all;clc;num=[1];den=[0.0000178,0.00131,1];G=tf(225.1*num,den);bode(G);grid;绘制系统开环Bode图如图2所示。
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课题一、D665型先导式大流量电液伺服比例阀动态响应仿真分析
一、研究目的
采用AMESim软件仿真分析手段，通过本课题的完成，使学生对液压滑阀及电液伺服阀的相关理论进行更为深入的学习，重点掌握以下知识点：
1) 滑阀受力分析；
2) 两级先导式大流量电液伺服阀的工作原理；
3) 两级先导式大流量电液伺服阀的动态响应分析(时域分析、频域分析)；
4) 简要总结得出影响伺服阀动态特性的因素。
本课题研究内容如下：
1) D665型先导式大流量电液伺服比例阀功率级滑阀受力分析计算；
2) 建立D665型先导式大流量电液伺服比例阀的数学模型；
3) 采用AMESim软件建立D665型先导式大流量电液伺服比例阀仿真模型；
4) 得出该阀的时间响应曲线和频率响应曲线，得出阀的频宽。
课题研究过程如下：
1) 每人结合自己的研究过程，提交课题一份研究报告，研究报告不得雷同；
2) 报告完成后，组长组织成员对所有报告进行评议，并打分；
3) 导师对每名学生的研究报告进行品议，并打分；
4) 一份汇总研究报告和汇报PPT，完成后，向答辩委员会提交申请；
5) 组织答辩，并打分。
四、提交形式
1) 个人研究报告；
2) 汇总研究报告；
3) 汇报PPT
一、D631型喷嘴挡板阀
1、D631型伺服阀的结构组成
2、D631型喷嘴挡板阀的工作原理
压力油从P口进入，分别经过两个节流孔进入阀芯两端的油腔，然后再从两个喷嘴与挡
板中间的缝隙排出。
当没有控制电流输入时，挡板处于两个喷嘴的中间位置。
阀芯两端容腔中的油压相等，阀芯处于中间平衡位置，两负载腔中油压相等，无油液流动，执行机构处于停止位置。
当输入某一极性的控制电流信号时，衔铁连同挡板一起偏转角度，例如作逆时针方向偏转，如图3-2（1）所示。
这时，右边喷嘴与挡板之间的间隙减小，液流阻力增加，阀芯右端容腔的压力增大；相反，由于左边喷嘴与挡板间的间隙增大，液流阻力减小，阀芯左端容腔的压力降低。
在两端油压差的作用下，阀芯左移，并带动反馈杆下端的小球左移。
反馈杆本身的变形使挡板的偏移量减小，从而使阀芯两端的油压差也相应减小，直至挡板恢复到接近于中位时，阀芯移动到所受的液流力与导杆和弹性座圈的反作用力相平衡时为止，图3-2（2）所示。
当四边滑阀向左偏离中间位置时，左边的阀口被打开，压力油液从P 口流向A 口；同时，执行机构另一端的回油经B 口及排油口T 排回油箱。
3、D631型喷嘴挡板阀的特点 优点：（1）衔铁及挡板均工作在中立位置附近，线性度好。
（2）运动部分的惯性小，动态响应快。
（3）双喷嘴挡板阀由于结构对称，采用差动方式工作，因此压力灵敏度高。
（4）阀芯基本处于浮动状态，不易卡住。
（5）温度和压力零漂小。
缺点：（1）喷嘴与挡板之间的间隙小，容易被脏物堵塞，对油液的洁净度要求较高，抗
污染能力差。
（2）内部泄漏量较大，功率低，功率损失大。
二、 D665型先导式大流量电液伺服比例阀功率级滑阀受力分析计算
操纵滑阀阀芯运动需要克服各种阻力，其中包括：阀芯质量的惯性力、阀芯与阀套间的摩擦力、阀芯所受也动力、弹性力和任意外负载力等。
（一） 作用在阀芯上的液动力 1、 稳态液动力
稳态液动力是在阀口开度一定的稳定流动情况下，液流对阀芯的反作用力。
稳态轴向液动力的大小为 cos s F qv ρθ= （4-1）
阀口射流最小断面处的流速为 v C =
通过理想矩形阀口的流量为 d q C Wx =
两式代入式（4-1）可得稳态液动力为 2cos s v d v F C C Wx p θ= （4-2）
对于理想零开口四边滑阀，射流角69θ=︒，速度系数0.98v C =，流量系数0.61d C =；
工作时，有两个串联的阀口同时起作用，每个阀口的压降2
s L
p p p -=，代入式（4-2）得总的稳态液动力为 0.43()s s L v F W p p x =-
稳态液动力随负载压力变化而变化，在空载时达到最大值，其值为
0.43s s v F Wp x = （4-3）
对于全周开口的阀，
22233.220.42A
W d A cm πππππ
==⨯===，代入式（4-3）
得263
00.4320.421031.51061016595.334s F N --=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=
方向总指向使阀口关闭的方向。
2、 瞬态液动力
在阀芯运动过程中，阀开口量变化使通过阀口的流量发生变化，引起阀腔内液流速度随时间变化，其动量变化对阀芯产生的反作用力就是瞬态液动力，其大小为
2v
t d dx F C WL p
dt
ρ= 对于零开口四边滑阀，2L 是正阻尼长度，1L 是负阻尼长度，阀口压差2
s L
p p p -=，代入上式可得总瞬态液动力为()
21()v
t d s L dx F L L C W p p dt
ρ=-- （4-4） 参照博世力士乐通径为32的四通伺服方向阀（型号 4WSE3EE ），如图4-1
由图可知，阻尼长度
281.441.340.1L AT mm ==-= 1114.381.432.9L AP mm ==-=
2140.132.97.2L L mm -=-=
代入式（4-4）得
326
7.2100.6120.421085031.510146.75v v t dx dx
F N dt dt
--=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯= 瞬态液动力的方向始终与阀腔内液体的加速度方向相反。
（二） 阀芯运动的驱动力 阀芯运动时的总驱动力为
=
+()+
三、 D665型先导式大流量电液伺服比例阀的数学模型
数学模型如图5-1
传递函数为
其中，
为避免伺服放大器特性对伺服阀特性的影响，通常采用电流负反馈伺服放大器，以控制线圈回路的转折频率很高，则近似等于0，则力矩马达小闭环的传递函数为
12
2
1
()
2
1
mf
mf
mf mf
K
s
s
s
φ
ζ
ωω
︒
=
++
对位移反馈回路简化后得到
则位移反馈回路的开环传递函数为
2
2
()()
2
(1)
vf
mf
mf mf
K
G s H s
s
s s
ζ
ωω
︒
=
++
其中，
vf
K为位移反馈回路开环放大系数
位移反馈回路的稳定条件为
mf
ω处的谐振峰值不能超过零分贝线，即2
vf mf mf
Kζω
︒
<
四、建立D665型先导式大流量电液伺服比例阀仿真模型
五、D665型先导式大流量电液伺服比例阀的时间响应曲线和频率响应曲线
1、时域曲线
2、频域曲线
由图得出，频宽为=6.42Hz
幅值穿越频率为5.21Hz
相角裕度为32.7度
相角穿越频率为15.62Hz
幅值裕度17.03dB
六、系统的稳定性分析
(1) 先导级小球磨损，对于位置控制系统，三级电液伺服阀基本工作在零位，小球
与阀芯基本为点接触，久而久之，小球磨损形成的非线性特性会影响三级电液伺服阀的稳定性的现象，只有更换三级电液伺服阀先导级小球才能解决。
(2) 主阀常见的问题是阀芯凸台棱边的磨损，即阀芯台阶的直角边被磨钝，造成内泄漏增大，压力增益降低，阀分辨率降低，系统误差增大。
误差过大时也会造成三级电液伺服阀的控制精度超差，形成广义不稳定现象，使伺服系统表现出振荡。
在磨损不严重、增益降低不大的情况下可调高伺服放大器增益，必要时需要配合PID调整，将误差调至正常范围。
(3) 三级电液伺服阀先导级被脏物堵塞时，会降低先导级增益，引起误差增大，形成广义不稳定，需要彻底清洗整台阀。
除了自身的因素外，还有外界的影响，比如管道效应、元件组合不合理、机构弹性的影响、压力控制阀引起的不稳定等，这些都可以使三级电液伺服阀表现出不稳定。
七、项目心得
通过本次项目的实际操作，对课本的知识有了更深一步的理解，初步了解了如何将本科的实际理论知识运用到实际中去。
我们也对滑阀、喷嘴挡板阀和一些先导阀的内部结构，工作原理有了进一步的理解，学会了如何对滑阀进行受力分析，对在计算过程中需要注意的地方也明确了许多，例如：明确了如何确定阻尼长度。
在项目的过程中，也知道了如何利用已有产品的样本解决问题，会初步使用样本，对以后的工作打下了一定基础。
还有，在建立系统的数学模型的时候，对方块图和传递函数的建立有了一定掌握，也掌握了一定的简化传递函数的算法。
在数学模型建立后，通过课本上的知识，可以对自己做的系统进行稳定性分析，当然还不是很熟练，也有些问题不明白。
同时，在用AMEsim进行仿真时，学会了如何搭建系统，在老师的指导下学会了怎么进行系统的参数设置，但是，还不能熟练运用，所以对一些参数进行设置时仍不知所措，以至于未能得出能够满足系统的所有稳定图线，所以仍需要继续学习，进一步加强自身。
九、参考文献
【1】王春行.液压控制系统.机械工业出版社.2010
【2】孔祥东.王益群.控制工程基础.机械工业出版社.2008
【3】付永领.祁晓野.AMESim系统建模与仿真.北京航空航天大学出版社.2006。