泵控马达速度控制系统PID控制器的设计与仿真

《泵控马达速度控制系统PID控制器的设计与仿真》由会员分享，可在线阅读，更多相关《泵控马达速度控制系统PID控制器的设计与仿真（52页珍藏版）》请在文档大全上搜索。

1、石家庄铁道大学毕业设计泵控马达速度控制系统PID控制器的设计与仿真Design of PID Controller for Pump ControlledMotor Speed Control System 2016 届 电气与电子工程 学院 专 业 电气工程及其自动化 学 号 20122629 学生姓名 武云飞 指导教师 郑海青 完成日期 2016年6月 11 日摘 要随着科学水平的发展，泵控马达系统越来越多的应用于民用以及军用领域，这是由于泵控马达具有一些其他系统不具备的优点，该系统效率高、转动惯量小同时其响应速度迅速。然而泵控马达系统在实际的生产生活中常常会出现系统负载频繁变化的情况，这

2、种情况会导致系统的输出速度不稳定，严重时可能导致系统的瘫痪。本设计的目的就是为了寻找一个较为适合泵控马达系统的控制系统用以克服外负载以及模型变化对系统产生的影响。通过对泵控马达系统的组成的学习和研究以及对液压回路的工作原理的分析，建立起泵控马达速度控制系统的数学模型，借此来实现对泵控马达速度控制系统的仿真模拟。在该数学模型的基础上，采用PID控制器作为系统的控制环节，分别对传统PID控制器、位置式PID控制器、增量式PID控制器以及抗积分饱和PID控制器进行系统的仿真模拟，通过对系统进行仿真，比较在外负载干扰的情况下马达转速的响应曲线，从而得出哪种PID控制器更适合泵控马达调速系统。经过仿真分

3、析对比，可以看出，抗积分饱和PID控制器较其他三种PID控制器有着更短的调节时间以及平滑的曲线，能更符合系统对于马达转速控制的要求。所以最终选择抗积分饱和PID控制器作为系统的控制环节。关键词：泵控马达；PID控制器；仿真AbstractWith the development of technology, pump controlled motor system more and more applied in civil and military fields, this is because the pump controlled motor system has some advant

4、ages that other systems do not have, this system is highly efficient, low mom -ent of inertia, and fast response. However, pump controlled motor system often appears system load change in actually, the load change can cause the system output speed not stable, severe cases may lead to paralysis of th

5、e system. The purpose of this design is to find a suitable control system that can solve to the impact of load changes.Through to the study of pump controlled motor system and the analysis of the hydraulic circuit, we establish the mathematical model of pump controlled motor system, with the system,

6、 we can realize the simulation of the pump controlled motor control system. On the basis of the mathematical model, we simulate the traditional PID controller, posi -tional PID controller, incremental PID controller and anti-windup PID controller for respectively. By compare the motor speed response

7、 curve which in the case of external load disturbance, which PID controller we can draw is more suitable for pump controlled motor speed control system. Through simulation comparison, we can get that anti-windup PID controller has a more smooth curve and a shorter adjusting time. So we finally choos

8、e anti-windup PID controller as the control link of the system.Key words: pump motor control;the PID controller;simulation目 录第1章 绪论11.1 课题研究的背景意义11.2 PID控制器简介31.3 主要内容5第2章 泵控马达调速系统模型的建立62.1 泵控马达调速系统基本原理62.2 时域数学模型72.2.1 电-机械转换元件的模型建立72.2.2 比例方向控制阀4WRA6的模型建立82.2.3 变量泵的阀控液压缸模型的建立92.2.4 活塞-斜盘倾角环节模型的建立1

9、12.2.5 建立泵控马达的回路模型122.2.6 速度传感器以及比例放大器的模型建立142.2.7 建立系统的开环传递函数152.3 系统中各环节参数的整定172.3.1 求解比例放大器的增益系数172.3.2 比例方向控制阀的增益系数172.3.3 系统的流量增益系数172.3.4 活塞斜盘倾角传递函数172.3.5 泵-马达环节的参数整定182.4 对系统稳定性的检测192.4.1 控制系统的基本要求192.4.2 系统稳定性检测192.5 本章小结20第3章 泵控马达PID控制器设计与仿真213.1 PID控制器的基本原理213.2 四种PID控制器简介213.2.1 位置式PID控制

10、算法213.2.2 增量式PID控制算法233.2.3 抗积分饱和PID控制算法243.2 PID控制器设计253.3 PID控制器参数的整定263.4 PID控制器仿真263.4.1 关于Simulink的简介263.4.2 PID控制器的仿真分析263.5 泵控马达速度控制系统的仿真模拟283.6 本章小结33第4章 结论与展望344.1 结论344.2 展望34参考文献36致谢37附录38附录A 外文资料翻译38A.1 英文38A.2 译文43 附录B 泵控马达速度控制系统仿真图47石家庄铁道大学毕业设计第1章 绪论1.1 课题研究的背景意义随着时代的发展，各种科技也在飞快的发展着，工业

11、自动化水平的高低早已经成为了衡量各个部门现代化水平的标志，而工业自动化必然离不开动力的源泉马达。泵控马达主要由两部分组成：变量泵和定量马达。在泵控马达系统中，马达转速的变化是通过改变变量泵的排量来实现的，由液压缸来控制泵的变量机构，其中液压缸是由伺服阀控制的，借此达到控制马达转速和转动方向的目的。此类马达一般适用于大功率液压伺服系统，这类马达的功率范围有大有小，小的有几十千瓦大的可达几百千瓦，一般的此类马达都用在在重型机床系统、恒速装置系统、张力控制系统、火炮系统、雷达天线及船舶舵机系统等等1。在泵控马达的诸多系统中，一般大多数情况都采用恒定转速的变量泵，同时马达方面采用定量马达。在泵控马达系