带负载阀控缸系统频域稳定性分析研究

《控制工程基础》三级项目说明书（带负载阀控缸系统频域稳定性分析研究）学生姓名：贾存德朱智化高静朱宇航专业班级：机控2班指导老师：艾超得分：答辩时间：2016年11月12日1目录摘要：...............................................................................................................................21实验目的...........................................................................................................................22主要应用软件....................................................................................................................23设计参数...........................................................................................................................24数学建模...........................................................................................................................34.1模型的建立..............................................................................................................34.2系统分析..................................................................................................................34.3方框图的绘制..........................................................................................................34.4传递函数的推导.......................................................................................................34.5伯德图的绘制..........................................................................................................44.6通过系统辨识来修正并检验传递函数......................................................................45系统仿真...........................................................................................................................55.1.模型搭建..................................................................................................................55.2主缸位移分析..........................................................................................................55.3不同负载溢流阀压力下的伯德图分析......................................................................75.4改变Kp的大小继而分析系统的稳定性....................................................................95.5改变PID的Ki.........................................................................................................115.6改变Kd..................................................................................................................125.7总结.......................................................................................................................125.7.1结果分析......................................................................................................125.7.2影响系统稳定性的因素：............................................................................135.7.3误差分析......................................................................................................136成员分工及评分..............................................................................................................137成员感想.........................................................................................................................138参考文献.........................................................................................................................132.带负载阀控缸系统频域稳定性分析研究贾存德，朱智化，高静，朱宇航摘要：控制系统在实际工作中，总会受到外界和内部一些因素的扰动，例如负载或能源的波动、系统参数的变化等因素，都会使系统偏离原来的平衡工作状态。但是如果在扰动消失后，系统不能回复到原来的平衡状态(即系统不稳定)，系统是无法工作的。在本次的三级项目中，我们就是通过应用Amesim仿真软件的作用，来研究带负载阀控缸系统的频域稳定性。在本次项目中，我们首先对阀控缸模型进行数学建模，绘出系统的方块图，并通过方块图推导出系统的传递函数，从而根据传递函数绘出系统的开环伯德图，然后应用Amesim软件对系统进行仿真，首先对在负载位置溢流阀压力不同的值时主缸的位移进行了分析，并且得出了在不同的溢流阀压力下的系统的闭环伯德图，进而通过系统的闭环伯德图得出了系统的截止频率和带宽以及谐振峰值和谐振频率，从而分析系统的稳定性和快速性。我们还用Amesim软件通过改变ki、kp、kd对系统的稳定性进行了进一步的分析。稳定性快速性伯德图1实验目的通过从频域的角度对控制系统的快速性进行更为深入的学习，重点掌握以下知识点：1)系统仿真模型建立方法2)控制系统在频域内的稳定性影响因素3)控制系统提高稳定性方法2主要应用软件在本次三级项目中，主要使用的软件是Amesim软件。Amesim为多学科领域复杂系统建模仿真平台。用户可以在这个单一平台上建立复杂的多学科领域的系统模型，并在此基础上进行仿真计算和深入分析，也可以在这个平台上研究任何元件或系统的稳态和动态性能。例如在燃油喷射、制动系统、动力传动、液压系统、机电系统和冷却系统中的应用。由此可在Amseim上建立一个与实际操作台相同的系统并在其中进行模拟仿真实验，得理论上的位移曲线。3设计参数序号参数项参数值单位备注1主缸行程0-15cm2对顶缸行程0-10cm3溢流阀调定压力0-4MPa系统溢流阀调定压力4MP3MABPTMPTControlUnite给定信号反馈控制给定信号4数学建模4.1模型的建立4.2系统分析通过数学模型可得出，该系统有一个积分环节，一个二阶震荡环节、一个惯性环节和一个一阶微分环节组成的。4.3方框图的绘制)(sR)(sC4.4传递函数的推导通过方块图，可以得到传递函数为4)()ksf()(23221221ABesfVmsVsAkfsASG4.5伯德图的绘制根据推倒所绘出的伯德图（大致走向）为：4.6通过系统辨识来修正并检验传递函数在分析设计系统时，首先建立了系统的数学模型，并求取环节或者系统传递函数、频率特性的方法，通常可以采用各种学科领域提出的物理定义来推导出来。但实际系统是复杂的，有些系统由于人们对其结构、参数及其支配运动的机理不是很了解，常常难于从理论上推导出系统的数学模型。因此一方面需要理论分析，另一方面需要借助于实验的办法来求系统的传递函数、频率特性或系统参数。适用性检验的方法主要有两类：利用先验知识检验和利用数据检验。利用先验知识是适用性检验的一条重要途径。有一些模型从数据的拟合上看不出问题，但是根据对模型已有的知识却可以断定模型是否适用。例如辨识一个化学反应动力学模型：已经知道反应物浓度增大并不抑制反应，如果参数估计的结果反应系数是负的，就可断定这是不合理的。又如辨识生理动力学模型：如果参数估计得到的参数值已超过生理学已知的可能范围，这样的模型也是不适用的。适用性检验的另一条途径是，利用数据在同一模型类中或在不同的模型类中进行比较。在得到模型后常常用一组不同于辨识时用的数据去检验模型的精度。如果检验的结果有过大的误差，则可能存在两个问题：辨识用的数据缺乏代5表性或所选的模型类不合适。在不同类模型中进行比较所用方法主要是统计检验（如F检验、似然比检验）或者是在拟合误差的基础上加上评价模型的惩罚项（如赤池的AIC准则）。根据实测的伯德图，用渐近线来确定频率特性的有关参数，从而对系统的传递函数进行粗略的检测。5系统仿真5.1.模型搭建5.2主缸位移分析（主缸行程15cm，初始位置4.5cm，负载缸行程10cm，初始位置10cm系统溢流阀压力40bar）（1）负载位置溢流阀压力0bar时主缸的位移6此时，系统溢流阀压力40bar，负载位置溢流阀压力0bar，此时系统的溢流阀压力大于负载位置的溢流阀压力，所以主缸的大致运动趋势是向着负载缸的位置移动的，并且由于负载位置溢流阀压力0bar，所以在开始时，运动的速度是较快的。随后，随着时间的进行，主缸的位移逐渐稳定，在10.5cm左右上下震荡。（2）负载位置溢流阀压力20bar时主缸的位移此时，系统溢流阀压力40bar，负载位置溢流阀压力20bar，此时系统的溢流阀压力大于负载位置的溢流阀压力，所以主缸的大致运动趋势页是向着负载缸