泵控马达速度控制系统PID控制器的设计与仿真综述

泵控马达速度控制系统PID控制器的设计与仿真DesignofPIDControllerforPumpControlledMotorSpeedControlSystem2016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日石家庄铁道大学毕业设计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AbstractWiththedevelopmentoftechnology,pumpcontrolledmotorsystemmoreandmoreappliedincivilandmilitaryfields,thisisbecausethepumpcontrolledmotorsystemhassomeadvantagesthatothersystemsdonothave,thissystemishighlyefficient,lowmom-entofinertia,andfastresponse.However,pumpcontrolledmotorsystemoftenappearssystemloadchangeinactually,theloadchangecancausethesystemoutputspeednotstable,severecasesmayleadtoparalysisofthesystem.Thepurposeofthisdesignistofindasuitablecontrolsystemthatcansolvetotheimpactofloadchanges.Throughtothestudyofpumpcontrolledmotorsystemandtheanalysisofthehydrauliccircuit,weestablishthemathematicalmodelofpumpcontrolledmotorsystem,withthesystem,wecanrealizethesimulationofthepumpcontrolledmotorcontrolsystem.Onthebasisofthemathematicalmodel,wesimulatethetraditionalPIDcontroller,posi-tionalPIDcontroller,incrementalPIDcontrollerandanti-windupPIDcontrollerforrespectively.Bycomparethemotorspeedresponsecurvewhichinthecaseofexternalloaddisturbance,whichPIDcontrollerwecandrawismoresuitableforpumpcontrolledmotorspeedcontrolsystem.Throughsimulationcomparison,wecangetthatanti-windupPIDcontrollerhasamoresmoothcurveandashorteradjustingtime.Sowefinallychooseanti-windupPIDcontrollerasthecontrollinkofthesystem.Keywords:pumpmotorcontrol;thePIDcontroller;simulation目录第1章绪论.......................................................................................................................11.1课题研究的背景意义...........................................................................................11.2PID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..............................................................112.2.5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.....................................................................213.1PID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.......................................................................243.2PID控制器设计..................................................................................................253.3PID控制器参数的整定.....................................