论文总字数：19531字

摘 要

电液位置伺服控制系统主要是用来处理工程应用中位置追踪的控制问题，其原理是通过液压元件对被控对象对给定量及时的准确的监控追踪，是一种比较常用的液压系统。电液位置伺服系统的动态特性是评价电液伺服系统在设计和调试方面的技术水平的重要指标。它的组成包含了指令装置、信号转换装置、伺服阀、被控元件等，因为各个部件之间存在着相互影响的关系，而且此系统是非线性的，所以它的动态性能比较的复杂。所以，研究电液位置伺服系统相关内容的人越来越多。

本课题首先解了电液伺服系统的基本原理与控制策略，熟悉系统的控制过程，然后利用MATLAB/SIMULINK仿真软件对电液位置伺服控制系统进行建模仿真的研究，选取合适的实物模型，建立其数学模型，然后确定被控对象的传递函数，取电液位置系统为研究对象，进行了各种参数的选取与计算，推导出系统传递函数，并对其稳定性进行分析；设计 PID 控制器对其进行改进，指出传统 PID 控制的不足，提出模糊控制的策略。分别采用传统PID控制，模糊PID控制的方式分别对该系统进行控制，得出仿真结果，经过分析比较，得出最佳控制策略，满足系统的性能要求，达到设计的目的。

关键词：伺服控制 电液位置伺服系统 PID 模糊PID

Research of electro-hydraulic position servo system based on MATLAB

Abstract

Electro-hydraulic position servo control system is mainly used to deal with position tracking control problem in engineering application, the principle is through the hydraulic components to the controlled object to give quantitative timely accurate monitoring and tracking is one of the more commonly used hydraulic system. Dynamic characteristics of electro-hydraulic position servo system is the evaluation of electro-hydraulic servo system in the design and debugging of the technical level of the important indicators. It contains the instructions device, signal conversion device, servo valve, is accused of components, etc., because there are interaction relationship between the parts, and the system is nonlinear, so its dynamic performance is more complex. Study of electro-hydraulic position servo system, therefore, more and more relevant content.

First, this topic is understand the basic principle of electro-hydraulic servo system and control strategy, familiar with the control process of system, then use MATLAB/SIMULINK simulation software of electro-hydraulic position servo control system modeling and simulation research, the selection of appropriate physical model, establish its mathematical model.Secondly,the topic is to determine the transfer function of controlled object, take electro-hydraulic position system as the research object,have carry on the selection of various parameters and calculation, the system transfer function is deduced, and analyzes its stability; PID controller is designed to improve.Then it need point out the shortcomings of the traditional PID control.Finally,Fuzzy control strategy is put forward.Traditional PID control and fuzzy PID control to control the system respectively to conclude the simulation results. Through analysis and comparison, the best of meet the requirement of the performance of the system control strategy is concluded.At last,the topic achieves the goal of design.

Key words: servo control;electro-hydraulic servo control;PID;fuzzy PID

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题背景 1

1.2 国内外发展 1

1.3 主要研究内容 2

第二章 电液位置伺服系统的设计 3

2.1电液位置伺服系统简介 3

2.2电液位置伺服系统的工作原理 3

2.3电液位置伺服系统的构成 4

2.4 液压机原理 4

2.5 控制系统的技术要求及性能指标 4

2.6 电液位置伺服系统建模 5

2.6.1 四通阀控制非对称液压缸原理图 5

2.6.2 伺服阀的压力一流量特性 6

2.6.3 非对称缸建模 9

2.6.4 确定伺服阀和位移传感器的规格 10

2.6.5 伺服放大器的选择 11

2.6.6 电液伺服阀的传递函数 11

2.6.7 确定系统开环增益 12

第三章 电液位置伺服系统的动态性能分析与PID控制 14

3.1 SIMULINK简介 14

3.1.1 MATLAB简介 14

3.1.2 SIMULINK 14

3.1.2.1 SIMULINK简介 14

3.1.2.2 SIMULINK的基本使用方法 15

3.2 电液位置伺服系统的动态性能的分析 18

3.3 电液伺服系统的控制策略 21

3.4 电液位置伺服系统的PID控制 23

3.4.1 PID控制原理 23

3.4.2 PID控制参数整定 24

3.4.3 PID控制仿真 25

第四章 电液位置伺服系统的模糊PID控制仿真 28

4.1 模糊PID控制器 28

4.1.1 常规模糊控制器输出量的计算 28

4.1.2 算法介绍 29

4.1.3 系统仿真 29

4.1.4传统PID与模糊PID性能比较 30

第五章 总结 32

致谢 33

参考文献 34

第一章 绪论

1.1 课题背景

半个世纪以来，因为全世界工业发展迅速，特别是运用于航空航天与某些军事运用方面的伺服控制系统渐渐的向更加快捷、高效的趋势成长，因为具有响应快、质量小、体积小等特点，电液伺服系统受到越来越多的人重视。所以，电液伺服系统的发展越来越受到人们的重视，它的技术水平也在不停的提升。

众所周知，飞机火箭等高速飞行器飞行的时候需要非常高的稳定性，以及十分精准的操纵性，为了达到这个目的，许多飞行器上使用的都是电液伺服控制系统，其系统的动态稳定性极高，静态误差也较别的控制器小，从而提高飞行器飞行时候的稳定性。所以电液伺服系统的发展与航空航天事业息息相关。在别的军事工业上，例如防空炮的目标跟踪、武装防卫车上武器的稳定性、潜艇方向舵等液压控制系统也有技术性突破。它在民用工业方面的应用同样得到广泛重视，如轧机、油田钻井、汽车等，现在发展势头迅猛的机器人技术中，也同样应用了电液控制。由此可见，液压伺服控制系统的研究与发展对国防工业和民用工业、对中国实现四个现代化、赶超国际先进水平都有着相当重要的意义^[1]。

1.2 国内外发展

早在十九世纪，工业生产中就开始使用液压技术，各项工业技术受到了工业革命狂潮的影响，成长速度十分惊人，液压技术也不例外，当时的社会环境为液压技术的快速成长给与充分的条件。二十世纪初，由于前几十年内工业的快速发展，控制理论及其应用受到多年技术知识沉淀的影响，古典控制理论逐渐趋于成熟，这使得电液伺服系统的蓬勃发展提供了依据。

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