随动控制系统应用探讨(比例控制)

东北石油大学本科生毕业设计（论文） 摘 要 本文先以随动系统知识铺垫，学习随动控制系统的结构和定义，技术要求和发展现状，随动控制系统的应用领域在本文中也有提及。介绍了比例随动控制系统的定义及分类，同时也主要探讨了其在现实中的应用，并对其一些典型应用进行了简单探讨。并在此基础上完成了其液压系统的数学建模和基于simulink工具箱的系统仿真。 第一章主要介绍了本文的研究目的，随动系统发展现状及背景，研究意义。第二章介绍了随动系统和比例随动系统的组成及定义。第三章介绍了比例随动系统的应用，并举例说明其简单的原理和功能，还概括性的列举了一些其他领域的应用。最后一章以液压比例随动系统为例，进行了数学建模和仿真。

关键词：随动系统；比例控制；气动；液压 东北石油大学本科生毕业设计（论文） abstract This paper first to servo system knowledge matting, learn to go with dynamic control system structure and definition, technical requirements and the developing situation, servo control system application fields are also mentioned in this article. Introduces the servo control system of the proportion of definition and classification, but also the main discusses the reality, the application of some of its typical applications are also discussed. And on this basis completed its hydraulic system of mathematical modeling and simulation of the system based on simulink tool box. The first chapter of this paper mainly introduces the purpose, servo system development present situation and background, significance. The second chapter presents a dynamic system and proportion with servo system composition and definition. The third chapter presents the application of the system with dynamic ratio, and illustrates the simple principle and function, and the general enumerates some of the other areas of application. The last chapter of hydraulic proportional to follow-up system as an example, the mathematical modeling and simulation.

Key words：Servo system; Proportional control; Pneumatic; hydraulic 东北石油大学本科生毕业设计（论文） 目 录 第1章 概述 .......................................................... 1 1.1 概述 ......................................................... 1 1.2 随动系统的背景 ............................................... 1 1.3 研究意义 ..................................................... 2 第2章 随动控制系统 .................................................. 3 2.1 随动系统 ..................................................... 3 2.2 比例控制随动系统 ............................................. 6 第3章 比例随动系统应用探讨 ......................................... 11 3.1 比例随动系统的应用探讨 ...................................... 11 3.2 比例随动系统的典型应用 ...................................... 15 3.3 比例随动系统其它应用领域 .................................... 16 3.4 比例随动控制的优缺点 ........................................ 17 第4章 比例随动控制系统仿真 ......................................... 18 4.1 matlab仿真 ................................................. 18 4.2液压系统数学模型建立 ........................................ 21 4.3基于Simulink的PID仿真 ..................................... 24 结论 ................................................................ 27 参考文献 ............................................................ 28 致谢 ................................................................ 29 东北石油大学本科生毕业设计（论文）

4 第1章 概述 1.1 研究目的 随动系统（也叫伺服系统）是自动控制系统中的一类，是用来控制被控对象的某种状态，使其能够自动地、连续地、精确地重复输入信号的变化规律。随着科学技术的飞速发展，特别是微电子技术、计算机技术和电力电子技术以及其他技术的发展，伺服技术更是发展迅速，它的应用几乎遍及社会生产各领域。 在这次设计中主要对比例随动系统的应用进行学习，不仅从整体着眼了解随动系统基本原则和要求，还添加了一些自己在设计中查阅相关资料的心得和一些新的计算方法。还有在论文设计的过程中，自己的电脑绘图能力也得到一些提升。 本文是将比例控制应用于随动系统，即比例控制随动系统。本文的目的就是对其的应用进行学习和讨论，并能简单列举出简单的原理和功能。在文章的第二章中先就随动系统的定义和各项性能指标进行了简单的阐述，使读者更容易理解随动系统。

1.2 随动系统的背景 随动系统是自动控制系统中的一类，1934年第一次提出了伺服机构（Servomechanism），1944年世界上第一个随动系统由麻省理工学院成功研制，随着自动控制理论的发展，到 20世纪中期，随动系统的理论和实践均趋于成熟。在近几年新技术的推动下，特别是伴随着微电子和计算机技术的发展，随动系统应用几乎遍及社会的各个领域。 它的发展初期是以反馈理论为基础的自动调节原理，随着工业生产和科学技术的发展，现在已发展成为一门独立的学科——控制论。在18世纪人们发明了两类机器：机器工具机和机器发动机，来代替人手和体力，开始实现机械化；在上世纪40、50年代即第二次世界大战期间及以后，由于军事和生产上的需要，自动控制技术开始迅速发展，发明了第三类机器——机器控制器，来代替人的部分简单的管理工作，形成了自动控制系统；到50年代末，自动控制理论已经形成比较完整的理论体系，由于电子计算机技术的飞速发展，在客观上提供了必要的技术手段。 随动系统作为自动化系统的一种，其研究和应用已较为广泛。从早期的模拟直流系统，到80年代后期的数字交流系统，随动系统大量应用于工业和国防领域。虽然新的控制结构和控制器不断出现，同时像自适应控制、最优控制、模糊控制、智能控制、神经网络控制等新算法也不断涌现。从实现手段上看，用单片机、可编程逻辑器件手段实现的较多，用专门嵌入式控制计算机实现的还不多见。实时东北石油大学本科生毕业设计（论文） 5 控制应用是计算机应用的一个重要而极富潜力的方面。随着计算机技术的发展，实时计算机系统在工业控制、航空航天、交通管理、作战指挥控制系统的应用正越来越广泛。嵌入式实时应用是目前国内外蓬勃发展的方向之一，正被越来越多的研究和应用。由于它与一般计算机系统的差异，其开发系统与通用软件开发有明显不同，需要高实时性能的操作系统和开发环境。 自20世纪70年代以来，由于发展了力矩电机及高灵敏度测速机，使随动系统实现了直接驱动，革除或减小了齿隙和弹性变形等非线性因素，使带宽达到50赫，并成功应用在远程导弹、人造卫星、精密指挥仪等场所。

1.3 研究意义 通过对随动控制系统的系统学习，然后再对比例随动系统有个初步的了解，为下面的应用讨论进行铺垫。 比例随动控制系统应用领域非常广泛，主要是机械制造行业，运输行业，冶金工业，军事上。这就使得我们对比例随动系统进行学习和研究变得尤为重要，尤其是对其应用进行了解和学习。 自动控制系统不仅在理论上飞速发展，在其应用器件上也日新月异。模块化、数字化、高精度、长寿命的器件每隔3～5年就有更新换代的产品面市。传统的交流伺服电机特性软，并且其输出特性不是单值的;步进电机一般为开环控制而无法准确定位，电动机本身还有速度谐振区，PWM调速系统对位置跟踪性能较差，变频调速较简单但精度有时不够，直流电机伺服系统以其优良的性能被广泛的应用于位置随动系统中，但其也有缺点，例如结构复杂，在超低速时死区矛盾突出，并且换向刷会带来噪声和维护保养问题。目前，新型的永磁交流伺服电机发展迅速，尤其是从方波控制发展到正弦波控制后，系统性能更好，它调速范围宽，尤其是低速性能优越。 随动系统将向两个方向发展：一个是满足一般工业应用要求，对性能指标要求不高的应用场合，追求低成本、少维护、使用简单等特点的驱动产品，如变频电机、变频器等。另一个就是代表着伺服系统发展水平的主导产品—伺服电机、伺服控制器，追求高性能、高速度、数字化、智能型、网络化的驱动控制，以满足用户较高的应用要求。 随动系统是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。随动的主要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变换与调控等处理，使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制的非常灵活方便。