电液力控制系统分析与校正设计

控制工程基础大作业MATLAB软件应用2019年秋季学期专业名称：机械设计制造及其自动化专业班级：机设178姓名：学号：成绩：授课教师：邱瑛一、教学目的：使学生能够掌握现代工程工具MATLAB软件使用的基本方法，能够应用MATLAB软件对控制系统进行建模及性能分析。二、内容要求：1.控制系统建模（1）确定所研究的闭环反馈控制系统，清晰表述系统的具体工作原理及参数条件；（同学们可以通过查阅相关的文献资料、生活或者工程实践中的实际案例确定自己所研究的闭环反馈控制系统）（2）绘制闭环反馈控制系统的职能方框图、函数方框图，并建立系统的传递函数形式的数学模型。2．应用MATLAB软件进行控制系统性能分析针对所选定的闭环控制系统，应用MATLAB软件完成以下工作：（1）控制系统频域特性分析分别使用nyquist函数和bode函数绘制系统的开环奈奎斯特图和开环波德图，并附程序清单。（2）控制系统稳定性分析判定控制系统的稳定性，并进行控制系统相对稳定性分析，计算稳定性裕量，并附程序清单。（3）控制系统时域特性分析使用step函数绘制控制系统的单位阶跃响应曲线，分析控制系统响应的快速性指标，分析比较结构参数变化对系统性能的影响，并附程序清单。三、作业书写注意事项：1．封皮格式按照此模板内容，不必更改，完整填写相应的个人信息；2．正文按照第二部分内容要求的顺序分项书写，给出运行结果并附上完整的编写程序清单（同时提交电子版程序）；3．本模板及要求保留，另起一页书写正文的内容成果，A4纸双面打印，左侧装订；4．杜绝抄袭，如果雷同，按照零分计；5．抽查答辩，采用百分制记分，占期末总评成绩的10%。《控制工程基础》MATLAB大作业评分标准评分标准内容方面评分依据分值对所选案例控制原理分析描述的准确、清晰情况；20分系统职能方框图的绘制；系统函数方框图的绘制；20分系统稳定性、快速性、准确性分析；30分系统综合特性的分析，是否需要进行综合校正，校正方法确定；10分参考文献收集文献资料应在５篇以上；参考文献著录按国家标准著录引用规范，并按标准格式书写参考文献。10分书写规范性大作业书写格式规范性（包括排版、图号图名、表号表名、公式输入及公式号等）；语言叙述的通顺性，分析时逻辑关系清晰程度等。10分控制工程基础大作业题目:电液力控制系统分析与校正设计一、控制系统建模电液力控制系统主要是由伺服放大器、电液力控制阀、液压缸和力传感器等组成。原理：当指示装置发出指令电压指导作用于系统时，液压缸便有输出力，该力由传感器检测转换为，反馈电压信号与指令电压信号相比较，得出偏差电压信号。此偏差信号经此伺服放大器放大后输出电流，此电流输入到伺服阀，伺服阀产生负载压差作用于液压缸活塞上，是输出力向减小误差的方向变化，直至输出力等于指令信号所规定的值为止。原理图如图一图一职能方框图如图二+μrμe伺服放大器i电液伺服阀液压杠+μrμe伺服放大器电液伺服阀液压杠μf-力传感器μf-力传感器图二函数方框图如图三+μeKQK1KqFK1(+μeKQK1K液压缸电液伺服阀iμr伺服放大器-μf-μfKKf力传感器力传感器图三(1)伺服放大器为放大环节G1（s）=K1(2)电液伺服阀为放大环节G2（s）=KQ(3)液压缸为振荡环节G3（s）=K(4)力传感器为反馈环节G4（s）=Kf系统的开环传递函数Gk(s)=K系统的闭环传递函数GB(s)=查询液压理论伺服与实践后为各系数赋值K1==20000KQ=0.001Kq=1060ω0=30ω1=150ω2=70ζh=0.5Kf=0.0002F=代入数据整理得开环传递函数为Gk(s)=100代入数据整理得闭环传递函数为GB(s)=22.2二、应用MATLAB软件进行控制系统性能分析（1）控制系统频域特性分析奈奎斯特图程序清单（程序a1）：num=100*[0.000044,0.0067,1];den=conv([0.033,1],[0.00024,0.014,1]);nyquist(num,den,'-k')奈奎斯特图如图四图四波德图程序清单（程序a2）：G=tf(100*[0.000044,0.0067,1],conv([0.033,1],[0.00024,0.014,1]));bode(G,'-K')grid波德图如图五图五（二）控制系统稳定性分析检测稳定性程序如下（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('系统不稳定！');...else,disp('系统稳定!');endif(n2>0),disp('系统不是最小相位系统！');endmargin(GH);[Gm,Pm,Wcg,Wcp]=margin(GH);PGm=num2str(20*log10(Gm));PPm=num2str(Pm);Gms=char('系统的幅值裕量为',PGm);Pms=char('系统的相位裕量为',PPm);disp(Gms);disp(Pms);结果是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显示结果为：系统稳定!系统的幅值裕量为Inf系统的相位裕量为85.0117图六根据所得结果，系统稳定；系统的幅值裕量为Inf，系统的相位裕量85.0117。（三）控制系统时域特性分析时域性分析程序如下（程序a4）num=[22.22,3333.3,500000];den=[0.0000086,0.0046,0.714,101];G=tf(num,den);step(G);从图中读出上升时间tr=0.00267s峰值时间0.00781，最大超调量20.5%调整时间0.0342s。从图中看出，响应时间很快，但是最大超调量较大，在实际工程应用中会产生冲击，应适当减小。参考文献：柳洪义，机