電液力控制系統(tǒng)分析與校正設(shè)計

控制工程基礎(chǔ)大作業(yè)MATLAB軟件應(yīng)用2019年秋季學(xué)期專業(yè)名稱：機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)班級：機設(shè)178姓名：學(xué)號：成績：授課教師：邱瑛一、教學(xué)目的：使學(xué)生能夠掌握現(xiàn)代工程工具M(jìn)ATLAB軟件使用的基本方法，能夠應(yīng)用MATLAB軟件對控制系統(tǒng)進(jìn)行建模及性能分析。二、內(nèi)容要求：1.控制系統(tǒng)建模（1）確定所研究的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，清晰表述系統(tǒng)的具體工作原理及參數(shù)條件；（同學(xué)們可以通過查閱相關(guān)的文獻(xiàn)資料、生活或者工程實踐中的實際案例確定自己所研究的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)）（2）繪制閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)的職能方框圖、函數(shù)方框圖，并建立系統(tǒng)的傳遞函數(shù)形式的數(shù)學(xué)模型。2．應(yīng)用MATLAB軟件進(jìn)行控制系統(tǒng)性能分析針對所選定的閉環(huán)控制系統(tǒng)，應(yīng)用MATLAB軟件完成以下工作：（1）控制系統(tǒng)頻域特性分析分別使用nyquist函數(shù)和bode函數(shù)繪制系統(tǒng)的開環(huán)奈奎斯特圖和開環(huán)波德圖，并附程序清單。（2）控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析判定控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并進(jìn)行控制系統(tǒng)相對穩(wěn)定性分析，計算穩(wěn)定性裕量，并附程序清單。（3）控制系統(tǒng)時域特性分析使用step函數(shù)繪制控制系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線，分析控制系統(tǒng)響應(yīng)的快速性指標(biāo)，分析比較結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對系統(tǒng)性能的影響，并附程序清單。三、作業(yè)書寫注意事項：1．封皮格式按照此模板內(nèi)容，不必更改，完整填寫相應(yīng)的個人信息；2．正文按照第二部分內(nèi)容要求的順序分項書寫，給出運行結(jié)果并附上完整的編寫程序清單（同時提交電子版程序）；3．本模板及要求保留，另起一頁書寫正文的內(nèi)容成果，A4紙雙面打印，左側(cè)裝訂；4．杜絕抄襲，如果雷同，按照零分計；5．抽查答辯，采用百分制記分，占期末總評成績的10%。《控制工程基礎(chǔ)》MATLAB大作業(yè)評分標(biāo)準(zhǔn)評分標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容方面評分依據(jù)分值對所選案例控制原理分析描述的準(zhǔn)確、清晰情況；20分系統(tǒng)職能方框圖的繪制；系統(tǒng)函數(shù)方框圖的繪制；20分系統(tǒng)穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性分析；30分系統(tǒng)綜合特性的分析，是否需要進(jìn)行綜合校正，校正方法確定；10分參考文獻(xiàn)收集文獻(xiàn)資料應(yīng)在５篇以上；參考文獻(xiàn)著錄按國家標(biāo)準(zhǔn)著錄引用規(guī)范，并按標(biāo)準(zhǔn)格式書寫參考文獻(xiàn)。10分書寫規(guī)范性大作業(yè)書寫格式規(guī)范性（包括排版、圖號圖名、表號表名、公式輸入及公式號等）；語言敘述的通順性，分析時邏輯關(guān)系清晰程度等。10分控制工程基礎(chǔ)大作業(yè)題目:電液力控制系統(tǒng)分析與校正設(shè)計一、控制系統(tǒng)建模電液力控制系統(tǒng)主要是由伺服放大器、電液力控制閥、液壓缸和力傳感器等組成。原理：當(dāng)指示裝置發(fā)出指令電壓指導(dǎo)作用于系統(tǒng)時，液壓缸便有輸出力，該力由傳感器檢測轉(zhuǎn)換為，反饋電壓信號與指令電壓信號相比較，得出偏差電壓信號。此偏差信號經(jīng)此伺服放大器放大后輸出電流，此電流輸入到伺服閥，伺服閥產(chǎn)生負(fù)載壓差作用于液壓缸活塞上，是輸出力向減小誤差的方向變化，直至輸出力等于指令信號所規(guī)定的值為止。原理圖如圖一圖一職能方框圖如圖二+μrμe伺服放大器i電液伺服閥液壓杠+μrμe伺服放大器電液伺服閥液壓杠μf-力傳感器μf-力傳感器圖二函數(shù)方框圖如圖三+μeKQK1KqFK1(+μeKQK1K液壓缸電液伺服閥iμr伺服放大器-μf-μfKKf力傳感器力傳感器圖三(1)伺服放大器為放大環(huán)節(jié)G1（s）=K1(2)電液伺服閥為放大環(huán)節(jié)G2（s）=KQ(3)液壓缸為振蕩環(huán)節(jié)G3（s）=K(4)力傳感器為反饋環(huán)節(jié)G4（s）=Kf系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)Gk(s)=K系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)GB(s)=查詢液壓理論伺服與實踐后為各系數(shù)賦值K1==20000KQ=0.001Kq=1060ω0=30ω1=150ω2=70ζh=0.5Kf=0.0002F=代入數(shù)據(jù)整理得開環(huán)傳遞函數(shù)為Gk(s)=100代入數(shù)據(jù)整理得閉環(huán)傳遞函數(shù)為GB(s)=22.2二、應(yīng)用MATLAB軟件進(jìn)行控制系統(tǒng)性能分析（1）控制系統(tǒng)頻域特性分析奈奎斯特圖程序清單（程序a1）：num=100*[0.000044,0.0067,1];den=conv([0.033,1],[0.00024,0.014,1]);nyquist(num,den,'-k')奈奎斯特圖如圖四圖四波德圖程序清單（程序a2）：G=tf(100*[0.000044,0.0067,1],conv([0.033,1],[0.00024,0.014,1]));bode(G,'-K')grid波德圖如圖五圖五（二）控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析檢測穩(wěn)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('系統(tǒng)不穩(wěn)定！');...else,disp('系統(tǒng)穩(wěn)定!');endif(n2>0),disp('系統(tǒng)不是最小相位系統(tǒng)！');endmargin(GH);[Gm,Pm,Wcg,Wcp]=margin(GH);PGm=num2str(20*log10(Gm));PPm=num2str(Pm);Gms=char('系統(tǒng)的幅值裕量為',PGm);Pms=char('系統(tǒng)的相位裕量為',PPm);disp(Gms);disp(Pms);結(jié)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顯示結(jié)果為：系統(tǒng)穩(wěn)定!系統(tǒng)的幅值裕量為Inf系統(tǒng)的相位裕量為85.0117圖六根據(jù)所得結(jié)果，系統(tǒng)穩(wěn)定；系統(tǒng)的幅值裕量為Inf，系統(tǒng)的相位裕量85.0117。（三）控制系統(tǒng)時域特性分析時域性分析程序如下（程序a4）num=[22.22,3333.3,500000];den=[0.0000086,0.0046,0.714,101];G=tf(num,den);step(G);從圖中讀出上升時間tr=0.00267s峰值時間0.00781，最大超調(diào)量20.5%調(diào)整時間0.0342s。從圖中看出，響應(yīng)時間很快，但是最大超調(diào)量較大，在實際工程應(yīng)用中會產(chǎn)生沖擊，應(yīng)適當(dāng)減小。參考文獻(xiàn)：柳洪義，機