气动张力控制系统的建模与仿真 摘要：本文简单介绍了张力控制的相关知识及气动张力控制系统的组成及工作原理，并对张力控制系统的收卷控制部分进行了数学建模与仿真。建立了比例压力阀控缸开环系统的简化模型，采用PID控制方法，在Matlab仿真平台进行系统模型仿真，得到了系统仿真曲线。 关键词：张力控制气动比例控制系统建模与仿真 近年来，气动技术以其自身独特的传动方式和优点，如清洁、结构简单、气体来源充足和成本相对较低，已在工业自动化领域广泛应用。将气动技术应用于恒张力控制系统已成为一个重要研究领域，PID控制，现代控制理论，智能控制等都被应用到气动系统的控制中。但是气动控制系统，由于气体的可压缩性，阀口非线性及气缸摩擦力等因素的影响，导致了气动伺服系统的强非线性、固有频率低、刚度小、阻尼小等特点，要得到满意的控制伺服系统比较困难。要对气动伺服控制系统进行分析和研究，一般需要首先建立该控制系统的数学模型。 本文通过介绍张力控制的相关知识及气动比例控制系统原理与组成，针对张力控制系统的收卷控制部分建立简单的比例压力阀控缸开环控制系统的数学模型，并在Matlab环境下进行了仿真。 一、张力控制的基础知识 张力控制，简单地说就是要控制物体在设备上输送时物体上相互拉长或绷紧的力。张力控制系统往往是张力传感器和张力控制器的一种系统集成，是一种实现恒张力或者锥度张力控制的自动控制系统，主要应用于造纸、纺织、薄膜、电线等轻工业中，其作用主要是实现辊间的同步，收卷和放卷的均匀控制。在带材或线材的收卷和放卷过程中，为保证生生产的质量和效率，保持恒定张力是很重要的。 这种控制对机器的任何运行速度都必须保持有效，包括机器的加速、减速和匀速。即使在紧急停车情况下，也应有能力保证被分切物不破损。张力控制的稳定与否直接关系到分切产品的质量。若张力不足,原料在运行中产生漂移,会出现分切复卷后成品纸起皱现象;若张力过大,原料又易被拉断,使分切复卷后成品纸断头增多。 一套典型的张力控制系统主要由张力控制器，张力读出器，张力检测器，制动器和离合器构成。根据环路可分为开环，闭环或自由环张力控制系统；根据对不同卷材的监测方式又可分为超声波式，浮辊式，跟踪臂式等。 1.典型收卷张力控制示意图
实验七 对汽车控制系统的设计与仿真 一、实验目的： 通过实验对一个汽车运动控制系统进行实际设计与仿真，掌握控制系统性能的分析和仿真处理过程，熟悉用Matlab 和Simulink 进行系统仿真的基本方法。 二、实验学时：4 个人计算机，Matlab 软件。 三、实验原理： 本实验是对一个汽车运动控制系统进行实际设计与仿真，其方法是先对汽车运动控制系统进行建摸，然后对其进行PID 控制器的设计，建立了汽车运动控制系统的模型后，可采用Matlab 和Simulink 对控制系统进行仿真设计。 注意：设计系统的控制器之前要观察该系统的开环阶跃响应，采用阶跃响应函数step( )来实现，如果系统不能满足所要求达到的设计性能指标，需要加上合适的控制器。然后再按照仿真结果进行PID 控制器参数的调整，使控制器能够满足系统设计所要求达到的性能指标。 1. 问题的描述 如下图所示的汽车运动控制系统，设该系统中汽车车轮的转动惯量可以忽略不计，并且假定汽车受到的摩擦阻力大小与汽车的运动速度成正比，摩擦阻力的方向与汽车运动的方向相反，这样，该汽车运动控制系统可简化为一个简单的质量阻尼系统。 根据牛顿运动定律，质量阻尼系统的动态数学模型可表示为： ? ??==+v y u bv v m & 系统的参数设定为：汽车质量m =1000kg ， 比例系数b =50 N ·s/m ， 汽车的驱动力u =500 N 。 根据控制系统的设计要求，当汽车的驱动力为500N 时，汽车将在5秒内达到10m/s 的最大速度。由于该系统为简单的运动控制系统，因此将系统设计成10％的最大超调量和2％的稳态误差。这样，该汽车运动控制系统的性能指标可以设定为： 上升时间：t r <5s ； 最大超调量：σ％<10％； 稳态误差：e ssp <2％。 2、系统的模型表示
阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根 控制系统设计与仿真上机实验报告 学院：自动化学院 班级：自动化 姓名： 学号： 法拉兹·日·阿卜——学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。． 阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根 一、第一次上机任务 1、熟悉matlab软件的运行环境，包括命令窗体，workspace等，熟悉绘图命令。 2、采用四阶龙格库塔法求如下二阶系统的在幅值为1脉宽为1刺激
下响应的数值解。 2?，??n10?0.5,??(s)G n22?????2ss nn3、采用四阶龙格库塔法求高阶系统阶单位跃响应曲线的数值解。 2?，，??5T?n100.5,???Gs)( n22???1)?s(?2s)(Ts?nn4、自学OED45指令用法，并求解题2中二阶系统的单位阶跃响应。 程序代码如下： 法拉兹·日·阿卜——学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。． 阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
;曲线如下： 法拉兹·日·阿卜——学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。．阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
法拉兹·日·阿卜——学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。．阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
法拉兹·日·阿卜——学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。． 阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根 二、第二次上机任务 试用simulink方法解微分方程，并封装模块，输出为。得到各、1x i 状态变量的时间序列，以及相平面上的吸引子。 ?x?x??xx?3121? ??xx?x???322 ??xx?xx??x??32321参数入口为的值以及的初值。（其中，以及??????x28?10,?8/,,3,?i1模块输入是输出量的微分。）初值分别为提示：0.001xxx?0,?0,?312s:Simulink
MATLAB控制系统与仿真 课 程 设 计 报 告 院（系）：电气与控制工程学院 专业班级：测控技术与仪器1301班 姓名：吴凯 学号：1306070127
指导教师：杨洁昝宏洋 基于MATLAB的PID恒温控制器 本论文以温度控制系统为研究对象设计一个PID控制器。PID控制是迄今为止最通用的控制方法，大多数反馈回路用该方法或其较小的变形来控制。PID控制器（亦称调节器）及其改进型因此成为工业过程控制中最常见的控制器(至今在全世界过程控制中用的84%仍是纯PID调节器，若改进型包含在内则超过90%)。在PID控制器的设计中，参数整定是最为重要的,随着计算机技术的迅速发展，对PID参数的整定大多借助于一些先进的软件，例如目前得到广泛应用的MATLAB仿真系统。本设计就是借助此软件主要运用Relay-feedback法，线上综合法和系统辨识法来研究PID控制器的设计方法，设计一个温控系统的PID控制器，并通过MATLAB中的虚拟示波器观察系统完善后在阶跃信号下的输出波形。 关键词：PID参数整定；PID控制器；MATLAB仿真。 Design of PID Controller based on MATLAB Abstract This paper regards temperature control system as the research object to design a pid controller. Pid control is the most common control method up until now; the great majority feedback loop is controlled by this method or its small deformation. Pid controller (claim regulator also) and its second generation so become the most common controllers in the industry process control (so far, about 84% of the controller being used is the pure pid controller, it’ll exceed 90% if the second generation included). Pid parameter setting is most important in pid controller designing, and with the rapid development of the computer technology, it mostly recurs to some advanced software, for example, mat lab simulation software widely used now. this design is to apply that soft mainly use Relay feedback law and synthetic method on the line to study pid
银河航空航天大学 课程设计 （论文） 题目复杂过程控制系统设计与Simulink仿 真 班级 学号 学生姓名 指导教师
目录 0. 前言 (1) 1. 总体方案设计 (2) 2. 三种系统结构和原理 (3) 2.1 串级控制系统 (3) 2.2 前馈控制系统 (3) 2.3 解耦控制系统 (4) 3. 建立Simulink模型 (5) 3.1 串级 (5) 3.2 前馈 (5) 3.3 解耦 (7) 4. 课设小结及进一步思想 (15) 参考文献 (15) 附录设备清单 (16)
复杂过程控制系统设计与Simulink仿真 姬晓龙银河航空航天大学自动化分校 摘要：本文主要针对串级、前馈、解耦三种复杂过程控制系统进行设计，以此来深化对复杂过程控制系统的理解，体会复杂过程控制系统在工业生产中对提高产品产量、质量和生产效率的重要作用。建立Simulink模型，学习在工业过程中进行系统分析和参数整定的方法，为毕业设计对模型进行仿真分析及过程参数整定做准备。 关键字：串级；前馈；解耦；建模；Simulink。 0.前言 单回路控制系统解决了工业过程自动化中的大量的参数定制控制问题，在大多数情况下这种简单系统能满足生产工艺的要求。但随着现代工业生产过程的发展，对产品的产量、质量，对提高生产效率、降耗节能以及环境保护提出了更高的要求，这便使工业生产过程对操作条件要求更加严格、对工艺参数要求更加苛刻，从而对控制系统的精度和功能要求更高。为此，需要在单回路的基础上，采取其它措施，组成比单回路系统“复杂”一些的控制系统，如串级控制（双闭环控制）、前馈控制大滞后系统控制（补偿控制）、比值控制（特殊的多变量控制）、分程与选择控制（非线性切换控制）、多变量解耦控制（多输入多输出解耦控制）等等。从结构上看，这些控制系统由两个以上的回路构成，相比单回路系统要多一个以上的测量变送器或调节器，以便完成复杂的或特殊的控制任务。这类控制系统就称为“复杂过程控制系统”，以区别于单回路系统这样简单的过程控制系统。 计算机仿真是在计算机上建立仿真模型，模拟实际系统随时间变化的过程。通过对过程仿真的分析，得到被仿真系统的动态特性。过程控制系统计算机仿真，为流程工业控制系统的分析、设计、控制、优化和决策提供了依据。同时作为对先进控制策略的一种检验，仿真研究也是必不可少的步骤。控制系统的计算机仿真是一门涉及到控制理论、计算机数学与计算机技术的综合性学科。控制系统仿真是以控制系统的模型为基础，主要用数学模型代替实际控制系统，以计算机为工具，对控制系统进行实验和研究的一种方法。在进行计算机仿真时，十分耗费时间与精力的是编制与修改仿真程序。随着系统规模的越来越大，先进过程控制的出现，就需要行的功能强大的仿真平台Math Works公司为MATLAB提供了控制系统模型图形输入与仿真工具Simulink，这为过程控制系统设计与参数整定的计算与仿真提供了一个强有力的工具，使过程控制系统的设计与整定发生了革命性的变化。
机械系统建模与仿真 机理建模法 所谓机理模型，实际上就是采用由一般到特殊的推理理演绎方法，对巳知结构、参数的物理系统运用相应的物理定律或定理，经过合理分析简化建立起来描述系统各物理员动、静态变化性能的数学模型。 因此，机理建模法主要是通过理论分析推导方法建立系统模型。根据确定元件或系统行为所遵循的自然机理，如常用的物质不灭定律(用于液位、压力调节等)、能量守恒定律(用于温度调节等)、牛顿第二定律(用于速度、加速度调节等)、基尔霍夫定律(用于电气网络)等等，对系统各种运功规律的本质进行描述，包括质量、能量的变换和传递等过程，从而建立起变量间相互制约又相互依存的精确的数学关系。通常情况下，是给出微分方程形式或其派生形式——状态方程、传
递函数等。 实验建模法 所谓实验建模法，就是采用出特殊到一般的逻辑归纳方法，根据一定数量的在系统运行过程中的实测、观察的物理量数据，运用统计规律、系统辨识等理论合理估计出反映系统各物理量相互制约关系的数学模型。其主要依据是来自系统的大量实测数据．出此义称之为实验测定法。 当对所研究系统的内部结构和特性尚不清楚、甚至无法了解时,系统内部的机理变化规律就不能确定,通常称之为·黒箱”或“灰箱”问题,机理建模法也就无法应用。而根据所测到的系统输入输出数据,采用一定方法进行分析及处理来获得数学模型的统计模型法正好适应这种情况。通过对系统施加激励,观察和测取其响应,了解其内部変量的特性,并建立能近似反映同样变化的模拟系统的数学模型,就相当于建立起实际系统的数学描述(方程、曲线或图表等)。 （1）频率特性法 频率特性法是研究控制系统的一种应用广泛的工程实用方法。其特点在是通过建立系统频率响应与正弦输入信号之间的稳态特性关系，不仅可以反映系统的稳态性能，而且可以用来研究系统的稳定性和暂态性能;可以根据系统的开环频率特性，判别系统闭环后的各种性能；可以较方便地分析系统参数对动态性能的影响，并能大致指出改善系统性能的途径。 （2）系统辨识法 系统辨识法是现代控制理论与系统建模中常用的方法，它是依据测量到的输人与输出数据来建方静态与动态系统的数学模型，但其输出响应不局限于频率响应，阶压响应或脉冲响应等时间响应都可作为反映系统模型静态与动态特性的重要信息；而且，确定模型的过程更依赖于各种高效率的最优算法以及如何保证所测取数据的可靠性。因
第8卷第2期 2010年6月中 国 工 程 机 械 学 报CH INESE JOURNAL OF CONST RU CT ION MACH INERY Vol.8No .2 Jun.2010 基金项目: 八六三 国家高技术发展计划资助项目(2008AA042802) 作者简介:吴智勇(1965-),男,高级工程师.E -m ail:w uz hy@https://www.doczj.com/doc/a117451577.html, 基于LMS.AMESim 平台的泵送液压系统 建模仿真与试验研究 吴智勇1,刘海明,高 明,谢秀芬 (三一智能控制设备有限公司,湖南长沙 410100) 摘要:基于专业的液压仿真软件L M S.AM ESim,建立泵送液压回路仿真模型,全面了解泵送过程中泵送压力、油 液流量、换向冲击力等关键参数,得到相关的仿真结果,并与试验数据做对比分析.该研究方法对于泵送液压回路 系统的设计、分析与优化具有借鉴作用. 关键词:A M ESim;泵送系统;混凝土泵车;仿真 中图分类号:T U 621;T P 391.9 文献标识码:A 文章编号:1672-5581(2010)02-0213-06 LMS.AMESim -enabled modeling simulation and testing on hydraulic pumping systems WU Zhi-yong ,LIU Ha i-m in g ,GAO Min g ,XIE Xiu-fen (SANY Intelligent Co ntrol a nd Automation Eq uip ment C orpora tion,C hangsha 410100,C hina) Abstract :Based on the commercial hydraulic simulation software,i.e.LMS.AMESim TM ,a simulation model is first established for hydraulic pumping systems.By speculating such key parameters as pumping pres -sure,oil flow and switching force,the simulation results are then obtained.Finally,the proposed method can set a reference to design,analysis and optimization on hydraulic pumping circuit systems. Ke y words :AMESim;pumping system;concrete pump truck;simulation 现代控制理论及电子计算机技术的发展,使得利用计算机进行数字仿真已成为液压系统动态性能研究的重要手段,借助计算机可以分析线性系统和非线性系统,可以直接在时域中进行分析.可以模拟出任何输入函数作用下各参变量的变化情况,从而获得对系统动态过程直接和全面的了解,与其他研究系统动态性能的手段和方法相比,数字仿真技术具有精确、可靠、适应性强、周期短和费用低等优点. 对于现代液压系统的设计研究人员来说,通过对液压元件或系统的动态特性进行仿真,寻求最优的参数,从而检验系统的动态特性是否达到预期的要求,以便确定合理的结构对液压传动与控制系统进行动态特性研究,了解和掌握液压系统工作过程中动态工作特性和参数变化,以便进一步改进和完善液压系统,提高液压系统的响应特性、运动和控制精度以及工作可靠性. 本文对混凝土泵车的液压泵送系统进行建模、仿真,对系统中泵送压力、油液流量、换向冲击力等关键参数进行全面研究,通过仿真结果与试验进行对比分析,证明泵送系统仿真模型是准确的,可以用于系统的分析、优化与改进.1 泵送开式系统简介 液压系统是混凝土泵技术性、可靠性最关键的部分.国内外混凝土泵液压系统采用开式和闭式两种系
远程与继续教育学院 本科毕业论文（设计） 题目：温控系统的设计及仿真(MATLAB) 学习中心： 学号： 姓名： 专业：机械设计制造及自动化 指导教师： 2013 年 2 月 28 日
摘要 温度是工业对象中一个主要的被控参数，它是一种常见的过程变量，因为它直接影响燃烧、化学反应、发酵、烘烤、煅烧、蒸馏、浓度、挤压成形，结晶以及空气流动等物理和化学过程。温度控制不好就可能引起生产安全，产品质量和产量等一系列问题。温度控制是许多设备的重要的构成部分，它的功能是将温度控制在所需要的温度范围内，以利于进行工件的加工与处理。 一直以来，人们采用了各种方法来进行温度控制，都没有取得很好的控制效果。如今，随着以微机为核心的温度控制技术不断发展，用微机取代常规控制已成必然，因为它确保了生产过程的正常进行，提高了产品的数量与质量，减轻了工人的劳动强度以及节约了能源，并且能够使加热对象的温度按照某种指定规律变化。 实践证明，用于工业生产中的炉温控制的微机控制系统具有高精度、功能强、经济性好的特点，无论在提高产品质量还是产品数量，节约能源，还是改善劳动条件等方面都显示出无比的优越性。 本设计以89C51单片机为核心控制器件，以ADC0809作为A/D转换器件，采用闭环直接数字控制算法，通过控制可控硅来控制热电阻，进而控制电炉温度，最终设计了一个满足要求的电阻炉微型计算机温度控制系统。 关键词：1、单片机；2、PLC；3、MATLAB
目录 1单片机在炉温控制系统中的运用 (3) 1、1系统的基本工作原理 (3) 2温控系统控制算法设计 (3) 2.1温度控制算法的比较 (3) 2.2数字PID算法 (6) 3 结论................................................ 错误！未定义书签。致谢 (17) 参考文献 (18)
制造系统建模与仿真学习心得 一、制造系统建模与仿真的含义 1．制造系统制造系统是制造过程及其所涉及的硬件、软件和人员所组成的一个将制造资源转变为产品或半成品的输入／输出系统，它涉及产品生命周期(包括市场分析、产品设计、工艺规划、加工过程、装配、运输、产品销售、售后服务及回收处理等)的全过程或部分环节。其中，硬件包括厂房、生产设备、工具、刀具、计算机及网络等；软件包括制造理论、制造技术(制造工艺和制造方法等)、管理方法、制造信息及其有关的软件系统等；制造资源包括狭义制造资源和广义制造资源；狭义制造资源主要指物能资源，包括原材料、坯件、半成品、能源等；广义制造资源还包括硬件、软件、人员等。随着科技的进步，制造系统的发展也经历了传统手工生产、机械化、自动化孤岛、集成制造、并行工程和敏捷制造等几个阶段。 2．模型与仿真模型是对真实对象和真实关系中那些有用的和让人感兴趣的特性的抽象，是对系统某些本质方面的描述。它以各种可用的形式描述被研究系统的信息。系统模型并不是对真实系统的完全复现，而是对系统的抽象，而仿真是通过对模型的实验以达到研究系统的目的，当制造系统尚未建立或者研究时间长成本高以及从安全性考虑我们有必要对制造系统预先进行建模并仿真以确定系统的最佳结构和配置方案、防止较大的经济损失、确定合理高效的作业计划，从而提高经济效益。 制造系统建模与仿真技术是以相似原理、模型理论、系统技术、信息技术以及建模与仿真应用领域的有关专业技术为基础，以计算机系统、与应用相关的物理效应设备及仿真器为工具，利用模型参与已有或设想的制造系统进行研究、分析、设计、加工生产、试验、运行、评估、维护、和报废(全生命周期)活动的一门多学科的综合性技术。 二、系统建模与仿真的发展及类型 1．系统建模与仿真的发展大致经历了这么几个阶段：1600—1940年左右，这一时期的建模仿真主要是在物理科学基础上的建模；20世纪40年代，由于电子计算机的出现，建模仿真技术开始飞速发展；20世纪50年代中期，建模仿真开始应用与航空领域；20世纪60年代，这一阶段主要是工业控制过程中的仿真；20世纪70年代，开始出现了包括经济、社会和环境因素的大系统仿真。到70年代中期，出现了系统与仿真的结合，如用于随机网络建模的SLAM仿真系统。在这一时期，系统仿真开始与更高级的决策结合，出现了决策支
北京理工大学珠海学院 《计算机仿真》课程设计说明书题目: 控制系统建模、分析、设计和仿真 学院：信息学院 专业班级：自动化四班 学号： 学生姓名： 指导教师： 2012年 6 月 9 日
北京理工大学珠海学院 课程设计任务书 2011 ～2012 学年第2学期 学生姓名：专业班级： 指导教师：范杰工作部门：信息学院 一、课程设计题目 《控制系统建模、分析、设计和仿真》 本课程设计共列出10个同等难度的设计题目，编号为：[0号题]、[1号题]、[2号题]、[3号题]、[4号题]、[5号题]、[6号题]、[7号题]、[8号题]、[9号题]。 学生必须选择与学号尾数相同的题目完成课程设计。例如，学号为09xxxxxxxx2的学生必须选做[2号题]。 二、课程设计内容 （一）《控制系统建模、分析、设计和仿真》课题设计内容 最少拍有波纹控制系统
[8号题] 控制系统建模、分析、设计和仿真 设连续被控对象的实测传递函数为： 用零阶保持器离散化，采样周期取0.02秒，分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹 控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见（二）。 （二）《控制系统建模、分析、设计和仿真》课题设计要求及评分标准【共100分】 1、求被控对象传递函数G(s)的MATLAB 描述。（2分） 2、求被控对象脉冲传递函数G(z)。（4分） 3、转换G(z)为零极点增益模型并按z-1形式排列。（2分） 4、确定误差脉冲传递函数Ge(z)形式,满足单位加速度信号输入时闭环稳态误差为零和实际闭环系统稳 定的要求。（6分） 5、确定闭环脉冲传递函数Gc(z)形式，满足控制器Dy(z)可实现、最少拍和实际闭环系统稳定的要求。 （8分） 6、根据4、5、列写方程组，求解Gc(z)和Ge(z)中的待定系数并最终求解Gc(z)和Ge(z) 。（12分） 7、求针对单位加速度信号输入的最少拍有波纹控制器Dy(z)并说明Dy(z)的可实现性。（3分） 8、用程序仿真方法分析加速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。（7分） 9、用图形仿真方法(Simulink)分析单位加速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。（8分） 10、确定误差脉冲传递函数Ge(z)形式,满足单位速度信号输入时闭环稳态误差为零和实际闭环系统稳 定的要求。（6分） 11、确定闭环脉冲传递函数Gc(z)形式，满足控制器Dw(z)可实现、无波纹、最少拍和实际闭环系统稳 定的要求。（8分） 12、根据10、11、列写方程组，求解Gc(z)和Ge(z)中的待定系数并最终求解Gc(z)和Ge(z) 。（12分） 13、求针对单位速度信号输入的最少拍无波纹控制器Dw(z)并说明Dw(z)的可实现性。（3分） 14、用程序仿真方法分析单位速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。（7分） 15、用图形仿真方法(Simulink)分析单位速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。（8分） 16、根据8、9、14、15、的分析，说明有波纹和无波纹的差别和物理意义。（4分） ) 7)(5)(2()6)(1(879)(2+++++= s s s s s s s G
液压系统建模与仿真作业 题目：三位四通换向阀仿真分析 姓名：000 班级：000 学号：00000000 0000
一换向阀测试回路 1.三位四通机械换向阀模型搭建 2.建立液压缸测试草图如下： 二参数设置 参数设置如下： 恒压源压力15Mpa 可变节流口大小4mm 阻尼孔直径0.8mm 弹簧刚度50N/mm 弹簧预张力20N 弹簧腔长度20mm 质量块质量50g 阀芯位移范围-2mm—2mm 阀杆长度20mm
控制阀芯移动机械信号参数为： 三换向阀测试 1.零开口开启测试 （1）力作用下开度变化曲线 由图可得：在一秒时阀芯正向打开，历时1.6s开启到最大开口。 在3.4s时刻阀芯向负向开启，5s时回到中间状态。 在5s时刻继续负向开启，6.6s时刻到达负向最大开口处。 在7.4s时刻向正向开启，9s时刻回到中位。 （2）阀芯位移-可变节流口流量曲线
由图可知：在阀芯开启过程中流量增益是线性的，曲线从上到下依次是节流口4mm、3mm、2mm、1mm时的曲线。 （3）正开口为1mm时的阀口开度—节流口流量曲线 由图可得：当阀芯开度为-1mm时，节流口已经有流量溢出了。 （4）负开口为1mm时的阀口开度—节流口流量曲线
由图可得：当阀芯开度为1mm时，节流口才有流量溢出。 2．泄漏试验 （1）改变阀芯的子模型由BA0011到BA0013，这时系统考虑了活塞与阀体的间隙和阀芯台肩上的圆角半径，这样会导致阀的泄露。 （2）参数设置 改变阀芯的子模型后的初始参数： （3）仿真实验 改变间隙直径为0.03mm，0.04mm，0.05mm分别得到阀芯的零位流量值，如下图所示：由图可知，随着间隙直径的加大，零位的泄流量也在加大。
《控制系统仿真与设计》课程设计报告
一、目录 摘要 (3) 一、概述 (3) 二、设计任务与要求 (4) 2.1 设计任务 (4) 2.2 设计要求 (4) 三、理论设计 (5) 3.1 方案论证 (5) 3.2 系统设计 (6) 3.2.1 电流调节器设计 (6) 3.2.2 速度调节器设计 (9) 四、系统建模及仿真实验 (11) 4.1 MATLAB 仿真软件介绍 (11) 4.2 仿真建模 (12) 4.3 仿真实验 (12) 五、总结与体会 (15) 参考文献 (15)
摘要 在直流双闭环调速系统教学中, 电流环和转速环参数的简化计算是教学关键环节, 文章针对某双闭环直流调速系统, 进行了参数的详细计算和电流环和转速环的设计, 并采用MA TL AB /SI MULI NK对实际系统进行了仿真, 给出了起动过程中的电枢电流和转速变化的波形, 并对结果进行了分析。结果表明在实验中引入MA TLAB /SI MULI NK仿真是对实际实验的良好补充, 能够加深学生对实验的认识。 关键词：MATLAB；直流调速；双闭环；转速调节器；电流调节器；干扰 一、概述 直流电动机具有调速性能好，起动转矩大，易于在大范围内平滑调速等优点，其调速控制系统历来在工业控制中占有及其重要的地位。随着电力技术的发展，特别是在大功率电力电子器件问世以后，直流电动机拖动将有逐步被交流电动机拖动所取代的趋势，但在中、小功率的场合，常采用永磁直流电动机，只需对电枢回路进行控制，相对比较简单。特别是在高精度位置伺服控制系统、在调速性能要求高或要求大转矩的场所，直流电动机仍然被广泛采用[2]，直流调速控制系统中最典型一种调速系统就是速度、电流双闭调速系统。直流调速系统的设计要完成开环调速、单闭环调速、双闭环调速等过程，需要观察比较多的性能，再加上计算参数较多，往往难以如意。如在设计过程中使用Matlab中的SimuLink实用工具来辅助设计，由于它可以构建被控系统的动态模型，直观迅速观察各点波形，因此调速系统性能的完善可以通过反复修改其动态模型来完成，而不必对实物模型进行反复拆装调试[4]。Matlab中的动态建模、仿真工具SimuLink具有模块组态方便，性能分析直观等优点，可缩短产品的设计开发过程，也可以给教学提供了虚拟的实验平台。
《系统辨识》 实验手册 哈尔滨工业大学控制与仿真中心 2018年5月
目录 实验1 白噪声和M序列的产生---------------------------------------------------------- 2 实验2 脉冲响应法的实现---------------------------------------------------------------- 5 实验3 递推最小二乘法的实现---------------------------------------------------------- 9 附录实验报告模板---------------------------------------------------------------------- 13
实验1 白噪声、M 序列的产生 一、实验目的 1、熟悉并掌握产生均匀分布随机序列方法以及进而产生高斯白噪声方法 2、熟悉并掌握M 序列生成原理及仿真生成方法 二、实验原理 1、混合同余法 混合同余法是加同余法和乘同余法的混合形式，其迭代式如下： 11 1(*)mod /n n n n x a x b M R x M +++=+?? =? 式中a 为乘子，0x 为种子，b 为常数，M 为模。混合同余法是一种递归算法，即先提供一个种子0x ，逐次递归即得到一个不超过模M 的整数数列。 2、正态分布随机数产生方法 由独立同分布中心极限定理有：设随机变量12,,....,,...n X X X 相互独立，服从同一分布，且具有数学期望和方差： 2(),()0,(1,2,...)k k E X D X k μσ==>= 则随机变量之和1 n k i X =∑的标准化变量 : () n n n k k k X E X X n Y μ --= = ∑∑∑近似服从(0,1)N 分布。 如果n X 服从[0, 1]均匀分布，则上式中0.5μ=，2 1 12 σ= 。即 0.5n k X n Y -= ∑近似服从(0,1)N 分布。
－－液压系统建模和仿真 SimHydraulics是液压传动和控制系统的建模和仿真工具，扩展了Simulink?的功能。使用这个工具可以建立起含有液压和机械元件的物理网络模型，可用于跨专业领域系统的建模。 SimHydraulics提供了构成液压系统的元器件模块库，库中也包括了用于构造其它元件的基本元素模块。SimHydraulics适用于汽车，航空，国防和工业装备等领域中的各种应用，例如自动变速器，舵面操纵系统和重载驱动装置的建模分析。 SimHydraulics同SimMechanics，SimDriveline和SimPowerSystems一同使用，能够支持对复杂机液系统和电液系统的建模，以分析他们相互交联的影响。 主要功能 ?液压和液压机械系统的物理建模环境 ?超过75个液压和机械元器件模型，包括泵，阀，蓄能器和管路 ?基本液压构造元素库，还有基本机械和运算单元 ?可定制的常用液压流体工作介质 SimHydraulics可在Simulink下建立液压系统回路的网络模型，模型表达基于ISO1219流体传动系统标准，并且建立的模型可以同机械和控制器模型相 结合。
机械液压和液压系统网络建模 使用SimHydraulics可以建立起完整的液压系统模型，过程如同组建一个真实的物理系统。SimHydraulics使用物理网络方式构建模型：每个建模模块对应真实的液压元器件，诸如油泵，液压马达和控制阀；元件模块之间以代表动力传输管路的线条连接。这样，就可以通过直接描述物理构成搭建模型，而不是从基本的数学方程做起。 SimHydraulics库提供了75个以上的流体和液压机械元件，包括油泵，油缸，蓄能器，液压管路和一维机构单元，大部分商品化元器件都可以找到对应模型。 SimHydraulics的模型符号符合ISO1219流体动力系统标准，SimHydraulics可以自动从模型原理图综合出描述系统行为特征的方程组。SimHydraulics得到的是直接使用Simulink的求解器求解的方程组形式，而不是采用同步仿真方法，这样液压系统模型就完全同其它Simulink模型部分集成在一起。 使用sensor模块在SimHydraulics模型中可以测量任何机械液压特征变量、例如压力、流量、位移、速度和力，然后将这些信号传给标准的Simulink 模块。Source模块可以将Simulink信号赋值给任何机械液压变量。使用Sensor和source模块可以在Simulink中开发全局控制算法，并将它接入到SimHydraulics模型网络中。
带状态观测器的控制系统综合设计与仿真 一、主要技术参数： 1.受控系统如图所示： 图1 受控系统方框图 2.性能指标要求： （1）动态性能指标： 超调量 5%p σ≤； 超调时间 0.5p t ≤秒； 系统频宽 10b ≤ω； （2）稳态性能指标： 静态位置误差0=p e （阶跃信号） 静态速度误差2.0≤v e （速度信号） 二、设计思路 1、按图中选定的状态变量建立系统的状态空间数学模型。 2、对原系统在Simulink 下进行仿真分析，对所得的性能指标与要求的性能指标进行比较。 3、根据要求的性能指标确定系统综合的一组期望极点。 4、假定系统状态均不可测，通过设计系统的全维状态观测器进行系统状态重构。 5、通过状态反馈法对系统进行极点配置，使系统满足要求的动态性
能指标。 6、合理增加比例增益，使系统满足要求的稳态性能指标。 7、在Simulink 下对综合后的系统进行仿真分析，验证是否达到要求的性能指标的要求。 三、实验设计步骤 I 、按照极点配置法确定系统综合的方案 1、按图1中选定的状态变量建立系统的状态空间数学模型 ① 列写每一个环节的传递函数 由图1有： 112235()()510()()10()()U s x s s x s x s s x s x s s ?=?+? ? = ?+? ? =?? ②叉乘拉式反变换得一阶微分方程组 由上方程可得 1213 2(5)()5()(10)()10() ()() s x s U s s x s x s sx s x s +=?? +=??=?
即 112123 2()5()5()()10()10() ()() sx s x s U s sx s x s x s sx s x s =-+?? =-??=? 拉式反变换为 1121232551010x x U x x x x x ?=-+??=-???=? g g g 输出由图1可知为 3y x = ③用向量矩阵形式表示 11223350051010000100x x x x u x x ?? ??-??????????????=-+???????? ????????? ????????? g g g []001y x = 2、对原系统在Simulink 下进行仿真分析，对所得的性能指标与要求的性能指标进行比较
2010届毕业设计说明书 磁悬浮控制系统建模及仿真系部：电气与信息工程系 专业：电气自动化技术 完成时间：2010年5月
目录 1 绪论 (2) 1.1 磁悬浮技术的发展与现状 (3) 1.2 磁悬浮技术研究的意义 (3) 1.3 磁悬浮的主要应用 (3) 1.3.1 磁悬浮列车 (3) 1.3.2 高速磁悬浮电机 (4) 2 磁悬浮系统概述 (4) 2.1 磁悬浮实验本体 (5) 2.2 磁悬浮电控箱 (6) 2.3 控制平台 (6) 3 控制系统的数学描述 (7) 3.1 控制系统数学模型的表示形式 (7) 3.1.1 微分方程形式 (7) 3.1.2 状态方程形式 (8) 3.1.3 传递函数形式 (8) 3.1.4 零极点增益形式 (9) 3.1.5 部分分式形式 (9) 3.2 控制系统建模的基本方法 (10) 3.2.1 机理模型法 (10) 3.2.2 统计模型法 (11) 3.2.3 混合模型法 (11) 3.2.4 控制系统模型选择 (12) 3.3 控制系统的数学仿真实现 (12) 4 MATLAB软件的介绍 (13) 4.1 MATLAB简介 (13) 4.2 Simulink概述 (13) 4.3 Simulink用法 (14) 5 磁悬浮系统基于MATLAB建模及仿真 (20) 5.1 磁悬浮系统工作原理 (20) 5.2 控制对象的运动方程 (21) 5.3 系统的电磁力模型 (21) 5.4 电磁铁中控制电压与电流的模型 (21) 5.5 平衡时的边界条件 (23) 5.6 系统数学模型 (23) 5.7 系统物理参数 (23) 5.8 Matlab下数学模型的建立 (24)
基于20-sim 的液压系统键图建模与仿真 前言 本文在20-sim 环境下，以典型液压系统为对象，建立了液压管道、液压泵、溢流阀等元件的键合图模型与整个系统的键合图模型，用实际参数进行动态仿真，其仿真结果表明，得到的活塞杆响应速度、泵的输出压力以及液压缸工作压力的动态变化正确合理，通过键合图建立的模型可以用20-sim 软件进行参数的选择与优化研究。 1 典型液压系统 典型液压系统由油泵、溢流阀、电液比例控制系统等部分组成，其回路如图1所示。油泵1为系统提供动力，溢流阀2用于卸荷，比例控制阀3主要完成主压力的调整、卸荷、油流转换等功能，油缸4用于驱动负载5，油箱6为系统提 供油源，并存储工作油液。
图1 典型液压系统回路 2 典型液压系统键合图模型 在液压系统中，组件间的负载效应及系统中功率流动情况都可以用功率键合图图形的方式描述。液压系统和键合图元的对应关系如表1所示。 表1 液压系统和键合图元的对应关系 液压系统液容液感液阻负载体积压动量压力流量键合图元 C I R Se q(t p(t e(t f(t 2.1 液压泵键合图模型 液压泵是液压系统中的能量转换元件，将机械能转换成液压能。变量泵的动态模型用图2所示的键合图模拟，其中，R l 表示泄漏液阻，R f 表示转动部分的摩擦，Cy 表示压油腔的液容，MTF 是一个调制变换器，其变换比1/k是可变参数 C 的函数，对于径向柱塞泵，C 是斜盘的倾角。
C Cb R R1 00Sf Sf1 图2 泵的键合图模型 在液压泵中，产生泄漏的缝隙一般很小，泄漏都是层流流动，泄漏液阻可以看作与泵的输出压力成正比。根据泵的容积效率的定义可以求得泵的泄漏液阻 qn P R V 1(1η-= (1 式中，P ，ηV ，q ，n 分别代表泵的输出压力、容积效率、排量和转速。假设液压泵的泄漏系数K L =1/Rl ，泵的液容 K V C y = (2
挖掘机系统建模与仿真 摘要:阐述挖掘机液压系统的工作原理。根据液压元件、工作装置的布置结构和尺寸，在AMESim软件平台上对该型挖掘机的液压系统和工作装置进行了建模，并通过对模型参数的设置，实现了机电液一体化系统运动仿真。重点就其中压力脉动与工作装置跟随效果差等问题进行了分析。 关键词：液压系统、建模、AMESim 一、建模与仿真 为实现对机电系统平稳、快速、准确的控制，对机电系统正确建模是十分重要的。所谓的机电系统建模就是对物理对象(即物理实体)的建模，也就是将物理对象的输入、输出变化规律抽象为一种数学描述。通过它不仅可实现对机电系统状态的准确分析和预测，而且还可以实现机电系统的正确控制。 目前，机电系统建模的方法大致有两类:机理分析法(又称理论建模)和实验测试法(又称试验建模)。机理分析法是通过分析系统的运动规律，在一些合理假设下，运用一些己知的定理、定律和原则建立起机电系统的数学模型，其中包括传统理论建模、通用建模法、专业建模软件;而实验测试法则是通过合理的实验方法，利用输入输出数据所提供的信息建立系统模型，其中包括频域参数估计法、系统扫频分析法。 二、液压挖掘机中的建模 在液压挖掘机中，发动机通过液压系统来驱动工作装置，液压系统效率的高低对挖掘机的经济性有很大影响，其液压系统的效率仅为40%左右，这是液压挖掘机效率低下的主要原因之一。因此，对液压系统进行改进和研究，对提高液压挖掘机的效率，改善液压挖掘机的工作性能具有重要的意义。 挖掘机液压系统是由多种液压元件组成的非线性系统，各个元件间靠压力油传递能量，依靠控制信号实现压力、流量的控制。AMESim软件是基于图形化的仿真软件，带有多种工程软件包，其中液压仿真软件包包含了大量的常用液压元件、液压源和液压管路等，控制软件包包括多种信号源和运算法则，非常适合工程系统尤其是液压及其控制系统的建模仿真和动态分析。 1工作装置建模 1．1挖掘机的挖掘循环 制定合理的工作循环，是为了在仿真过程中使挖掘机的动作流畅协调。挖掘机的工作模式大致可以分为挖掘、平整和精细3种，其中以挖掘作业为主。典型的挖掘过程包括确定挖掘工位、挖掘、运动到卸料工位、卸料、返回挖掘工位5个工序。 本文基于挖掘循环试验中各油路先导压力的变化，计算液压缸的外伸行程，据此设定一个挖掘过程中各工作装置的动作过程，作为仿真模型的输入。图1所示为在16s的挖掘循环中各工作装置的动作过程(工作的先后顺序和位移)。 1.2挖掘机工作装置与回转机构建模 挖掘机的工作装置由铲斗、斗杆、动臂组成，三者的协调动作是由3组液压缸的伸缩联动来实现的。图2为挖掘机工作装置在工程仿真软件AMESim中的模型，各个部件的建模基于软件的平面机械库(Planar Mechanical库，简称PLM库):PLMBOD是可以连接到二维机械上构成动力系统的基本形式，而且其端口可以用作外部输入的端口，通过PLM传感器将输入量以力的形式作用于液压缸。