基于matlab的電液伺服位置控制系統(tǒng)分析帶開題報告.zip,基于,matlab,伺服,位置,控制,系統(tǒng)分析,開題,報告 一、選題依據 1．論文（設計）題目 基于 matlab 的電液伺服位置控制系統(tǒng)分析 2．研究領域 液壓控制系統(tǒng) 機床控制系統(tǒng) 3．論文（設計）工作的理論意義和應用價值 電液伺服位置系統(tǒng)是控制領域中一個重要組成部分，也是最基本和最常用的一種液壓伺服系統(tǒng)，如機床工作臺的位置、板帶軋機的板厚、帶材跑偏控制、飛機和船舶的舵機控制、雷達和火炮控制系統(tǒng)以及振動試驗臺等。在其他物理量的控制系統(tǒng)中，如速度控制和力控制等系統(tǒng)中，也常有位置控制小回路作為大回路中的一個環(huán)節(jié)。 電液伺服位置控制系統(tǒng)主要是用于解決位置跟隨的控制問題，其根本任務就是通過執(zhí)行機構實現被控量對給定量的及時和準確跟蹤，并要具有足夠的控制精度。電液伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性是衡量一套電液伺服系統(tǒng)設計及調試水平的重要指標。因此，現代液壓系統(tǒng)設計研究人員對系統(tǒng)動態(tài)特性進行研究，了解和掌握液壓系統(tǒng)動態(tài)工作特性與參數變化，以提高系統(tǒng)的響應特性、控制精度以及工作可靠性，是非常必要的。液壓系統(tǒng)動態(tài)特性是其在失去原來平衡狀態(tài)到達新的平衡狀態(tài)過程中所表現出 來的特性，原因主要是由傳動與控制系統(tǒng)的過程變化以及外界干擾引起的。在此過程中，系統(tǒng)各參變量隨時間變化性能的好壞，決定系統(tǒng)動態(tài)特性的優(yōu)劣。系統(tǒng)動態(tài)特性主要表現為穩(wěn)定性（系統(tǒng)中壓力瞬間峰值與波動情況）以及過渡過程品質（執(zhí)行、控制機構的響應品質和響應速度）問題。 液壓系統(tǒng)動態(tài)特性的研究方法主要有傳遞函數分析法、模擬仿真法、實驗研究法和數字仿真法等。數字仿真法是利用計算機技術研究液壓系統(tǒng)動態(tài)特性的一種方法。先是建立液壓系統(tǒng)動態(tài)過程的數字模型——狀態(tài)方程，然后在計算機上求出系統(tǒng)中主要變量在動態(tài)過程的時域解。該方法適用于線性與非線性系統(tǒng)，可以模擬出輸入函數作用下系統(tǒng)各參變量的變化情況，從而獲得對系統(tǒng)動態(tài)過程直接、全面的了解，使研究人員在設計階段就可預測液壓系統(tǒng)動態(tài)性能，以便及時對設計結果進行驗證與改進，保證系統(tǒng)的工作性能和可靠性，具有精確、適應性強、周期短以及費用低等優(yōu)點。 4．目前研究的概況和發(fā)展趨勢 電液伺服系統(tǒng)的研究，一直從兩個方面來展開：一是電液伺服系統(tǒng)基礎元件的研 究，包括伺服閥和液壓缸；二是電液伺服系統(tǒng)的控制方法與應用技術的研究。進入 21 世紀，電液伺服系統(tǒng)的研究日益活躍，無論從系統(tǒng)還是基礎元件方面均取得了突出的 研究成果。 隨著工業(yè)技術的發(fā)展進步，軍事、航空、宇航技術對所應用的系統(tǒng)有了高精度、快速、大功率的要求。電液伺服系統(tǒng)則以其反應快、重量輕、尺寸小及抗負載剛性大等優(yōu)點，廣泛的應用于以上各個行業(yè)中，在其控制算法上也有了進一步的改進，以適應系統(tǒng)要求。電液伺服控制系統(tǒng)按對象是否運動等有很多種分類方法，按系統(tǒng)輸出量可分為：電液力伺服、電液位置伺服系統(tǒng)、電液速度伺服系統(tǒng)。 電液位置伺服系統(tǒng)是一種當系統(tǒng)中被控制的物理量是位置量，同時檢測反饋信號以及輸入指令信號也是位置信號的，由機構和液壓元件組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。信號的傳輸是機械液壓方式的，這一類系統(tǒng)稱為機液位置伺服系統(tǒng)。機液伺服系統(tǒng)的優(yōu)點是結構簡單、工作可靠、抗污染能力強、造價低廉，因此廣泛應用于航空、航天、艦船、工程機械、汽車、動力工程、機床控制和農業(yè)機械等各個領域。機液伺服系統(tǒng)的缺點是機械連接件較多，因此不可避免的帶來了間隙、摩擦和剛度的影響。但是，由于它所具有的優(yōu)點，應用的歷史悠久，而且也廣泛。 電液伺服位置系統(tǒng)因具有很大的潛在價值和巨大的經濟效益，而受到國內外眾多液壓及控制領域學者的高度重視，并一度成為此領域的前沿研究課題。 二、論文（設計）研究的內容 1.重點解決的問題 在設定系統(tǒng)方案和進行參數估算的基礎上，進行系統(tǒng)建模和各環(huán)節(jié)建模，根據要求設計出某數控機床工作臺電液位置伺服控制裝置，建立了電液位置伺服控制系的數學模型和傳遞函數，在 MATLAB 環(huán)境下進行仿真，并確定出使系統(tǒng)穩(wěn)定的開環(huán)增益。同時應用頻率響應法對電液伺服控制系統(tǒng)的性能進行分析，進而得到滿足要求的可靠的電液伺服系統(tǒng)。 2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路） （1） 電液伺服位置控制系統(tǒng)建模和各環(huán)節(jié)建模 （2） 設計某數控機床工作臺電液位置伺服控制裝置 （3） 建立電液位置伺服控制系統(tǒng)的數學模型和傳遞函數 （4） 通過 Matlab 軟件的 Simulink 工具對系統(tǒng)進行仿真分析 3.本論文（設計）預期取得的成果 設計出滿足要求的液壓系統(tǒng)結構圖和系統(tǒng)設計說明書，對電液伺服位置系統(tǒng)建模，并使用 Matlab 軟件進行仿真分析，創(chuàng)建人機交互界面，并將該電液伺服位置系統(tǒng)應用到具體工程實例上。 三、論文（設計）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數）； 建立電液位置伺服控制系統(tǒng)的數學模型和傳遞函數，采用 Matlab 軟件的 Simulink 仿真工具對液壓系統(tǒng)進行仿真分析，簡單、直觀。只需通過 M 文件編寫位置方程，設定特殊時刻為初始值就可以得到任意時刻的位置、速度、加速度的值， 并可以觀察它們在運動周期內的變化。通過基于 Matlab 的強大的矩陣運算能力，還可以方便得到三者之間的關系，進而得到滿足要求的可靠的電液伺服系統(tǒng)。 2.論文（設計）進度計劃 第 1 周 收集研究方向相關資料、研究資料第 2 周 閱讀參考文獻，確定研究內容 第 3 周 撰寫開題報告，擬訂總體設計方案 第 4 周 完善、修改開題報告，完成外文翻譯 第 5 周 進行畢業(yè)設計總體規(guī)劃，設計總體實施方案第 6 周 進行系統(tǒng)建模，繪制系統(tǒng)結構圖 第 7 周 根據參數傳遞關系，得到系統(tǒng)傳遞函數 第 8 周 對傳遞函數進行分析，得到系統(tǒng)位置參數的時域特性第 9 周 由傳遞函數分析系統(tǒng)的頻域特性 第 10 周 編寫 M 文件求解位置變化 第 11 周 建立 simulink 仿真模型，對系統(tǒng)進行分析第 12 周 整理仿真結果，撰寫設計說明書 第 13 周 完善設計內容及設計說明書，準備畢業(yè)設計答辯 第 14 周 按指導教師及評閱教師的意見修改設計說明書，進行畢業(yè)設計答辯 四、需要閱讀的參考文獻 [1] 姜洪發(fā). 基于 Labview 和 MATLAB 的機器人電液伺服設計[J]. 智慧工廠. 2017(07) [2] 郭棟,付永領,祁曉野. 電液伺服加載控制器的設計[J]. 液壓與氣動. 2011(07) [3] 李宗斌,楊君順. 單缸電液伺服垂直激振系統(tǒng)的理論分析和實驗識別[J]. 陜西科技大學學報. 1993(01) [4] 劉璐,郭彥青,張保成,衛(wèi)永平. 基于前饋補償的電液伺服加載試驗臺復合控制 [J]. 液壓與氣動. 2014(04) [5] 褚衍清,張忠偉,余亞超,阮健. 電液伺服地震體驗系統(tǒng)設計[J]. 浙江工業(yè)大學學報. 2009(05) [6] 吳楝華,喜冠南,孫春亞,朱建新. 電液伺服泵控系統(tǒng)的速度控制實驗研究[J].組合機床與自動化加工技術. 2016(09) [7] 宋世哲,鄧志良. 基于 PLC 與電液伺服的編環(huán)機控制系統(tǒng)設計[J]. 電子設計工程. 2016(21) [8] 孫麗華,趙剛,馮繼偉. 基于虛擬儀器技術的電液伺服測試系統(tǒng)硬件設計[J].電子設計工程. 2015(21) [9] 張浩宇,趙東標,朱瑩,肖息. 基于遺傳算法的電液伺服加載系統(tǒng)控制器優(yōu)化 [J]. 機械工程與自動化. 2016(04) [10] 王新民,王俊秀,劉繼磊. 電液伺服加載力差信號前饋控制[J]. 機床與液壓. 2011(17) [11]張忠,姜飛,房運濤,劉建文. 電液位置伺服控制系統(tǒng)仿真分析及優(yōu)化[J].機械工程師,2016(07):7-9. [12]喜冠南,吳楝華,孫春亞,李健,徐加輝. 運用 PID 算法的電液伺服位置控制系統(tǒng)實驗[J].現代制造工程,2016(06):153-156+29. [13]蔡大偉. 基于 MATLAB 的電液伺服系統(tǒng)線性二次型最優(yōu)控制[J].智能機器人,2016(06):64-66. [14]孫春亞,吳楝華,喜冠南. 電液伺服模糊 PID 位置控制系統(tǒng)設計及應用[J].機械設計與制造,2016(06):155-157+162. [15]郝君,李建民,胡燕. 基于MATLAB/LABVIEW 電液位置伺服控制系統(tǒng)的設計[J].電子世界,2013(11):117-118. [16]孫衍石,靳寶全,熊曉燕. 電液伺服比例閥控缸位置控制系統(tǒng) AMESim/Matlab 聯合仿真研究[J].液壓氣動與密封,2009,29(04):38-42. [17]袁卓林,雷玉勇,孫書蕾,湯積仁,聶光偉. 基于MATLAB 的電液位置伺服系統(tǒng)設計及仿真[J].機械,2009,36(05):9-12. [18] Beck，Mark Schwung，Andreas Muenchhof，Marco Isermann,Rolf. Active Fault Tolerant Control of an Electro-hydraulic Servo Axis with a Duplex-value-system. 5th IFAC Symposium on Mechatronic Systems Marriott Boston Cambridge,MA,USA,Sept 13-15,2010 [19] Tanasak Samakwong,Wudhichai Assawinchaichote. PID Controller Design for Electro-hydraulic Servo Valve System with Genetic Algorithm. Procedia Computer Science 86(2016)91-94 [20] Syed Abu Naguan,Dinh Quang Truong,Puja Chowdhury,Debdatta Das,Kyoung Kwan Ahn. Modeling and Fault Tolerant Control of an Electro-Hydraulic Actuator. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing Vol.17,No. 10,pp,1285-1297 附：文獻綜述或報告 一．電液伺服系統(tǒng)的發(fā)展與現狀  文獻綜述 19 世紀液壓技術開始走向工業(yè)應用，工業(yè)技術發(fā)展的需求，為液壓技術發(fā)展創(chuàng)造了決定性條件。20 世紀初控制理論及其應用飛速發(fā)展，使古典控制理論走向成熟，這為電液伺服控制技術的出現與發(fā)展提供了理論基礎與技術支持。1950 年 MOOG 發(fā)明了伺服閥，伺服閥的發(fā)明實現了用微小信號控制大功率液壓信號，將電與液壓系統(tǒng)結合起來，為電液伺服系統(tǒng)的發(fā)展奠定了基礎。美國麻省理工學院 BLACKBURN，LEE 和 SHEARER 等在電液伺服機構方面作了深入研究，并將電液伺服首先應用于飛機、火炮液壓控制系統(tǒng)，發(fā)展和豐富了電液伺服系統(tǒng)的理論與應用。1960 年，BLACKBURN 出版了第一本液壓科學著作《液壓氣動控制》，將控制理論與液壓系統(tǒng)結合起來，為電液伺服理論和實踐奠定了基礎。1967 年 H.E.MERRITT 的《液壓控制系統(tǒng)》科學著作問世，系統(tǒng)地、全面地闡述了液壓控制理論，將古典控制理論應用于液壓系統(tǒng)的建模、分析與設計中，完成了電液伺服系統(tǒng)的經典設計理論。 20 世紀 50 年代初，在蘇聯的幫助下，我國的液壓工業(yè)開始起步，而電液伺服系統(tǒng)的研究始于 20 世紀 60 年代末。我國第一部關于電液伺服系統(tǒng)的專著是在 1979 年， 由王占林、李培滋主編的《飛機液壓傳動與伺服控制》一書，成為國內最早建立了液壓技術的經典理論體系的科學著作。1981 年李洪人的《液壓控制系統(tǒng)》和王春行的《液壓伺服控制系統(tǒng)》兩部中文科學著作問世，在 MERRITT 的《液壓控制系統(tǒng)》的基礎上， 系統(tǒng)的論述液壓控制系統(tǒng)的基本理論及應用、典型系統(tǒng)和主要元件與設計方法。在此之后，該領域的研究人員認為由于電液伺服系統(tǒng)的設計理論日臻成熟，在科技領域和工業(yè)技術領域已廣泛應用，似乎電液伺服系統(tǒng)的研究已走到盡頭。20 世紀 70 年代， 美國 MTS 公司研制出了以電液伺服系統(tǒng)為驅動的地震模擬振動臺，將電液伺服系統(tǒng)與復雜機構結合起來，開創(chuàng)了基于電液伺服系統(tǒng)的系統(tǒng)集成設計的先河。 電液伺服系統(tǒng)的研究，一直從兩個方面展開：一是電液伺服系統(tǒng)基礎元件的研究， 包括伺服閥和液壓缸；二是電液伺服系統(tǒng)的控制方法與應用技術的研究。進入 21 世紀，電液伺服系統(tǒng)的研究日益活躍，無論從系統(tǒng)還是基礎元件方面均取得了突出的研究成果。 二．國內電液伺服的發(fā)展與現狀 我國的電液伺服發(fā)展水平目前還處在一個發(fā)展階段，雖然在常規(guī)電液伺服控制技術方面，我們有了一定的發(fā)展。但在電液伺服高端產品及應用技術方面，我們距離國外發(fā)達國家的技術水平還有著很大差距。電液伺服技術是集機械、液壓和自動控制于一體的綜合性技術，要發(fā)展國內的電液伺服技術必須要從機械、液壓、自動控制和計算機等各技術領域同步推進。 1. 測量控制系統(tǒng) 測量控制系統(tǒng)隨著數字控制理論的成熟以及高速 DSP 技術的發(fā)展。全數字化測控系統(tǒng)已經成為今后測量控制系統(tǒng)發(fā)展的方向。動態(tài)電液伺服全數字測量控制系統(tǒng)，不僅要求硬件運算速度快、運算精度高，同時還要求在軟件和數字控制理論方面要有新 的突破。這樣才能滿足電液伺服控制系統(tǒng)響應快速、控制精確、穩(wěn)定可靠的要求。目前，美國 MTS 公司的 TeststarII 全數字控制器，運算頻率可以達到 5000 次/秒，控制特性在傳統(tǒng)的 PID 控制基礎上，還具有前饋控制、頻率反向補償控制、幅度控制和壓差等輔助控制特性。因此數字控制器由于其豐富的運算功能，其控制非常靈活，是模擬控制系統(tǒng)無法比擬的。國內目前技術成熟的全數字動態(tài)控制器還沒有進入產業(yè)化階段，還需要有一個發(fā)展研究的過程。多通道、數字化、多自由度協調技術是電液伺服技術在模擬仿真試驗技術發(fā)展中的關鍵技術環(huán)節(jié)。只有掌握了多通道控制技術、多自由度協調偶合及解偶技術，才能使我們的電液伺服技術向更高的臺階上邁進，才能縮小與國外同行之間的差距。實現這一目標需要有一批高素質的技術隊伍，要從軟件、硬件、數字控制理論和實踐等綜合技術方面同步推進。 2. 液壓件 國內液壓件的整體水平目前還比較落后，主要采用橡膠密封結構方式，易老化泄漏、體積笨重、集成度低。隨著機械精密加工技術的成熟，國外密封大都采用球面和錐面配合密封方式，結構簡單，密封性能可靠。今后改善國內液壓件結構還需要在工藝性上下功夫，需要一個系統(tǒng)的完善過程。另外，作為電液轉換的關鍵元件 “電液伺服閥”，是電液伺服控制技術今后技術提升的關鍵環(huán)節(jié)。電液伺服技術行業(yè)目前與電液伺服閥生產企業(yè)缺少交流和探討，只能簡單的應用其現成產品。從某種意義上這也限制了國內電液伺服技術的發(fā)展。今后，需要加強與伺服閥生產企業(yè)的合作，共同開發(fā)適宜試驗機應用的伺服閥產品，全面提升國內電液伺服技術水平。計算機技術的發(fā)展和應用，促進了電液伺服技術的提高。正是利用計算機技術才使電液伺服系統(tǒng)在動態(tài)仿真模擬試驗等領域得到廣泛的應用。計算機多自由度協調控制、計算機仿真解耦技術等技術的應用和發(fā)展，使多通道協調加載系統(tǒng)、道路模擬試驗系統(tǒng)的性能得到進一步提高，促進了電液伺服系統(tǒng)的廣泛應用?？梢哉f電液伺服技術的發(fā)展與計算機技術的發(fā)展是密切聯系在一起的。 3. 技術發(fā)展趨勢 我國的電液伺服發(fā)展水平目前還處在一個發(fā)展階段，雖然在常規(guī)電液伺服標準材料試驗機技術方面，我們有了一定的發(fā)展。但在電液伺服高端產品及應用技術方面，我們距離國外發(fā)達國家的技術水平還有著很大的差距。電液伺服技術是集機械、液壓和自動控制于一體的綜合性技術，要發(fā)展國內的電液伺服技術必須要從機械、液壓、自動控制和計算機等各技術領域同步推進。 計算機技術的發(fā)展和應用，促進了電液伺服技術的提高。正是利用計算機技術才使電液伺服在動態(tài)仿真模擬試驗等領域得到廣泛的應用。計算機多自由度協調控制、計算機仿真解耦技術等技術的應用和發(fā)展，使多通道協調加載系統(tǒng)、道路模擬試驗系統(tǒng)的性能得到進一步提高，促進了電液伺服系統(tǒng)的廣泛應用。總之，電液伺服技術的發(fā)展與計算機技術的發(fā)展是密切聯系在一起的，相互促進相互提高。 三．電液位置伺服控制系統(tǒng)的仿真分析 電液位置伺服系統(tǒng)得到了廣泛應用，現在幾乎所有的運動平臺都采用電液伺服系統(tǒng)，所以對電液位置伺服系統(tǒng)的動態(tài)品質進行仿真分析一直是動感仿真技術行業(yè)不斷 研究的一個課題。在常用的實現方法中一般采用個人編制計算機軟件的方法實現，使得對一個簡單系統(tǒng)的計算變得很復雜，容易出錯、通用性差，如果想隨時觀察系統(tǒng)中某個參數的變化更是困難。MATLAB 是一個面向科學與工程計算的高度集成的軟件工具，MATLAB 提供的 Simulink 是一個用來對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真和分析的軟件包， 在 Simulink 環(huán)境中利用鼠標就可以在模型窗口中直觀地“畫”出系統(tǒng)模型，然后直接進行仿真。Simulink 軟件包的問世給電液位置伺服系統(tǒng)的動態(tài)仿真分析提供了強大的武器，使人們徹底擺脫了個人小作坊式的研究模式。 工程上常采用頻率響應法設計電液伺服系統(tǒng)，這基本上屬于一種試探法。一般包括以下主要步驟：（1）分析整理所需的設計參數，明確設計要求；（2）擬定控制方案，構成控制系統(tǒng)原理圖；（3）確定動力元件參數（供油壓力、執(zhí)行元件規(guī)格、伺服閥容量）和選擇其他組成元件；（4）分析計算系統(tǒng)的靜、動態(tài)特性，確定回路的放大系數和設計校正措施等。在設計中結合 MATLAB 的 Simulink 軟件進行仿真，對系統(tǒng)的參數進行調整和可靠性做進一步驗證，最終可以得出比較可靠的電液伺服系統(tǒng)。 Simulink 借助于 MATLAB 強大的數值計算能力，能夠在 MATLAB 下建立系統(tǒng)框圖和仿真環(huán)境，在各個工程領域發(fā)揮著巨大的作用，是當今主流的仿真軟件。根據電液位置伺服系統(tǒng)的數學模型，利用 MATLAB 及其可視化建模與仿真工具——Simulink 對電液位置伺服系統(tǒng)進行仿真研究，既可方便地修改被控對象模型，又可修改輸入輸出變量的量化論域、語言變量、隸屬度函數及控制規(guī)則等。他與傳統(tǒng)的高級語言相比大大縮減了編程工作量，且形象直觀，參數修改方便，不但為控制系統(tǒng)的設計、調試和維護提供了參考整定數據，而且對控制策略的選擇也提供了有益的幫助。實踐證明，該方法為電液伺服控制系統(tǒng)計算機仿真提供了有效的途徑，具有一定的工程實用價值。