液压控制系统
实验报告
实验题目：实验五电液位置控制系统建模和特性分析
班 级： 机自103班
姓 名： 王斌
学 号：
2013年12月01日
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实验五 电液位置控制系统建模和特性分析
1． 实验目的
学会使用 MATLAB 软件分析电液位置控制系统的特性分析， 加深对所学知 识的理解；
掌握电液位置控制系统的特点及其校正方法；
培养应用 MATLAB 软件进行电液位置控制系统设计的实践能力。
2．实验内容与实验原理
实验内容
利用 MATLAB 软件分析电液位置控制系统的开环频率特性，闭环频率特性，并 由此判断电液位置控制系统的性能。
利用 MATLAB 软件的系统校正和设计工具进行系统的校正和设计。
实验原理
2.2.1 环对数频率特性：
开环对数频率特性：利用开环频域指标，如穿越频率3 c,相位裕量丫和增益裕量丫 e等评
价系统； 从系统开环频率响应可较方便而直观进行系统动态特性分析和提出改进系统品质的方法。
2.2.2 闭环对数频率特性
闭环对数频率特性：利用闭环频域指标，如谐振频率 Wo、截止频率 Wb和谐振峰值 Mr等
评估系统。反映系统的实际动态特性；
223 MATLAB软件通过数值计算法，根据控制系统的传递函数，给出控制系统的相应输出 特性。
3． 实验方法与步骤
3.1 实验设备 计算机及 MATLAB 软件系统。
3.2实验步骤
321已知卷曲机光电液带材矫偏控制系统工作原理方框图
图6-23遴取机塔电眩伺服矫值控制系饶 W 敎置Sb 系统庫理匪* 2）系蜿方按图
卷曲机光电液带材矫偏控制系统方框图及传递函数如下
3.2.2编写系统特性分析程序;
3.2.3运行系统特性分析程序求出系统的开环伯特图，并根据稳定性条件求出系统
的开环增益K；
3.2.4运行系统特性分析程序并求出系统的闭环伯特图并分析系统的闭环特性；
3.2.5根据电液位置控制系的特点设计系统的校正环节；
3.2.6编写系统特性二次建模分析程序；
3.2.7运行系统特性分析程序求出系统二次建模的开环伯特图和闭环伯特图并分析 系统的特性；
3.2.8完成系统时域特性分析；
3.2.9完成利用SIMULINK仿真模块对电液位置控制系统的时域响应和频域响应
进行仿真分析;
4 ?实验报告
4.1绘出系统的开环伯特图，计算系统的开环增益K,分析系统的开环特性;
(1 )、Kv=1时，系统开环 Bode图：
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%卩?o o ? t ?§' ?o 一
num1=[1];
den 1=[1/(112人2) 2*0.6/112 1];
G1=tf( num1,de n1);
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num2=[1];
den 2=[1/(60.5A2) 2*0.2/60.5 1 0];
G2=tf( num2,de n2);
Kv=1;
G=Kv*G1*G2;
bode(G)
取增益裕量为6dB,这时20lg Kv 20dB 得：Kv 10 s
(1)、Kv=10时，系统开环Bode图：
%?a?- -2
%卩?O o ? t ?§' ?o _
num1=[1];
den 1=[1/(112A2) 2*0.6/112 1];
G1=tf( num1,de n1);
%o o?1? x ?o ' ?o_
num2=[1];
den 2=[1/(60.5A2) 2*0.2/60.5 1 0];
G2=tf( num2,de n2);
Kv=10;
G=Kv*G1*G2;
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由图像可知，其穿越频率3 c=10.3 rad/s、相位裕量为79.6。，则该系统稳定。
4.2绘出系统的闭环伯特图并分析系统的闭环特性，分析系统的闭环特性 系统闭环Bode图：
%± ?
%卩?o 0 ? t ?§' ?o 一
num1=[1];
den 1=[1/(112A2) 2*0.6/112 1];
G1=tf( num1,de n1);
%O 0?1? x ?o ' ?0_
num2=[1];
den 2=[1/(60.5人2) 2*0.2/60.5 1 0];
G2=tf( num2,de n2);
Kv=10;
G=Kv*G1*G2;
D=feedback(G,1);
bode(D)
匚
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由系统闭环 Bode可知系统频宽3 -3dB=13.3rad/s ,3 -90° =26rad/s，谐振峰值 Mr=1.23dB。
系统稳定。
4.3分析系统校正的特性并给出系统的校正环节;
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4.4给出系统二次建模的传递函数并绘制系统二次建模的开环伯特图和闭环伯特 图并分析系统的特性；
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s 1122
112
2
s
60.52
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60.5
1 0.15s
1 0.51s
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%卩?o o ? t ?§' ?o _ num1=[1];
den 1=[1/(112A2) 2*0.6/112 1];
G1=tf( num1,de n1);
%O o?1? x ?o ' ?0_
num2=[1];
den 2=[1/(60.5人2) 2*0.2/60.5 1 0];
G2=tf( num2,de n2);
%y? - ?u
n um3=[0.13 1];
den 3=[0.57 1];
G3=tf( num3,de n3);
Kv=1;
G=Kv*G1*G2*G3;
bode(G)
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Kv=32.4,
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%卩?o o ? t ?§' ?o _ num1=[1];
den 1=[1/(112A2) 2*0.6/112 1]; G1=tf( num1,de n1);
%O o?1? x ?o ' ?0_ num2=[1];
den2=[1/(60.5人2) 2*0.2/60.5 1 0];
G2=tf( num2,de n2);
%y? - ?u
num3=[0.15 1];
den 3=[0.51 1];
G3=tf( num3,de n3);
Kv=32.4;
G=Kv*G1*G2*G3;
bode(G)
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%卩?o o ? t ?§' ?o _ num1=[1];
den 1=[1/(112A2) 2*0.6/112 1];
G1=tf( num1,de n1);
%O o?1? x ?o ' ?0_
num2=[1];
den 2=[1/(60.5人2) 2*0.2/60.5 1 0];
G2=tf( num2,de n2);
%y? - ?u
num3=[0.15 1];
den 3=[0.51 1];
G3=tf( num3,de n3);
Kv=32.4;
G=Kv*G1*G2*G3;
D=feedback(G,1);
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4.5绘制系统时域响应图并分析系统的时域特性;
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4.6绘制系统SIMULINK仿真图，并分析系统的性能。
5?思考并简单回答下列问题
电液位置控制系统的特点有哪些？
1、 电液位置控制系统基本组成是一个积分环节、一个二阶振荡环节， 影响系统开环频率疼醒的参数为振荡环节阻尼比和伺服阀增益；
2、 通常以电液伺服阀零位为设计的工况点；
3、 从闭环频率特性看：转折频率限制了系统频带宽度；实数极点对系 统时域特性影响较大。
总结来说就是：液压位置伺服系统开环传递函数通常简化为一个积分环 节和一个振荡环节，而液压阻尼比一般比较小，使得增益裕量不足，相位裕 量有余。同时，参数变化较大，特别是阻尼比随着工作点的变动在很大范围 内变化。
电液位置控制系的校正的目的是什么？
电液位置控制系统性能主要由动力元件参数 h、 h决定，对这种系统， 单纯调整增益往往不能满足系统全部性能指标， 这时就应该对系统进行矫正。高 性能的电液伺服系统一般都需要校正。