【摘要】基于汽車座椅安全帶固定點(diǎn)試驗(yàn)臺對液壓伺服閉環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析。解析了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要組成部分，建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。根據(jù)控制原理分析了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)性能，對調(diào)節(jié)器PID參數(shù)進(jìn)行整定，通過對實(shí)測波形和仿真波形的比較表明模型及其參數(shù)的正確性。

【關(guān)鍵詞】液壓伺服；PID控制；建模分析；固定點(diǎn)；仿真

引言

汽車座椅安全帶固定點(diǎn)試驗(yàn)臺是針對汽車座椅安全帶固定點(diǎn)強(qiáng)度檢測的試驗(yàn)設(shè)備，是保障汽車車輛的安全可靠運(yùn)行不可缺少的試驗(yàn)檢測設(shè)備，滿足GB14167-2006《汽車安全帶固定點(diǎn)》[6]、GB15083-1994《汽車座椅強(qiáng)度要求及試驗(yàn)方法》、GB 13057-2003《客車座椅及其車輛固定件的強(qiáng)度》標(biāo)準(zhǔn)要求的強(qiáng)度試驗(yàn)、靜態(tài)試驗(yàn)。座椅固定點(diǎn)安全帶試驗(yàn)多由液壓油源提供動力，控制為液壓伺服閉環(huán)控制系統(tǒng)。液壓伺服控制具有反應(yīng)快、系統(tǒng)剛度大和伺服精度高等優(yōu)點(diǎn)，特別是計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的完善和普及為電子技術(shù)和液壓技術(shù)的結(jié)合奠定了基礎(chǔ)，大大地提高了液壓控制系統(tǒng)的功能與完成復(fù)雜控制的能力[3]。然而，由于缺少對液壓伺服系統(tǒng)模型的深入分析，系統(tǒng)調(diào)試采用經(jīng)驗(yàn)試湊方法，導(dǎo)致調(diào)試工作復(fù)雜，系統(tǒng)調(diào)試精度和性能也難以達(dá)到系統(tǒng)最佳狀態(tài)。因此，液壓伺服系統(tǒng)模型的建立及其性能的分析，成為提高液壓系統(tǒng)精度和性能的必要條件，也為進(jìn)一步深入認(rèn)識液壓伺服系統(tǒng)提供理論基礎(chǔ)。

1、系統(tǒng)模型分析

汽車座椅安全帶固定點(diǎn)液壓伺服閉環(huán)控制系統(tǒng)采用部門自主研發(fā)的多功能復(fù)合控制器控制液壓伺服閥，以直線位移傳感器

作為位置檢測元件。單通道系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

該系統(tǒng)的各組成環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型分析如下：

1、位置偏差控制器

按照負(fù)反饋原理，比較環(huán)節(jié)的功能是將反饋信號與控制信號進(jìn)行比較并得出偏差信號。比較環(huán)節(jié)進(jìn)行的運(yùn)算為Ue=Ug-Uf

2、位置控制調(diào)理器

位置控制調(diào)理器通常采用PID控制，以下為使討論簡化，假設(shè)調(diào)理器為比例作用調(diào)節(jié)，設(shè)調(diào)理器的傳遞函數(shù)為W1（s），則調(diào)理器的調(diào)節(jié)作用規(guī)律是W1（s）=K1，K1為比例放大倍數(shù)，簡稱增益。

3、液壓伺服閥SFF

5、積分環(huán)節(jié)

積分環(huán)節(jié)用于將活塞移動速度轉(zhuǎn)化為活塞移動位移，設(shè)其傳遞函數(shù)為，則

6、位移傳感器

在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，檢測環(huán)節(jié)起到兩個(gè)作用，一個(gè)是檢測出被測信號的大小，另一個(gè)作用是把被測信號轉(zhuǎn)換成可與指令信號進(jìn)行比較的物理量，從而構(gòu)成反饋通道。通常測量轉(zhuǎn)換作用可以看成一個(gè)比例環(huán)節(jié)，其比例系數(shù)就是轉(zhuǎn)換系數(shù)。

2、系統(tǒng)性能分析及校正

2.1穩(wěn)定性判斷及穩(wěn)態(tài)性能分析

分析一個(gè)控制系統(tǒng)的性能，首先要考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因?yàn)榉€(wěn)定是系統(tǒng)正常運(yùn)行的首要條件。所謂穩(wěn)定性，是指系統(tǒng)在擾動消失后，由初始偏差狀態(tài)恢復(fù)到原平衡狀態(tài)的性能。若控制系統(tǒng)在初始擾動的影響下，其動態(tài)過程隨時(shí)間的推移逐漸衰減并趨于零，則稱系統(tǒng)穩(wěn)定。判斷線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是，閉環(huán)系統(tǒng)特征方程的所有根均具有負(fù)實(shí)部，即閉環(huán)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)嚴(yán)格位于左半s平面。

2.2系統(tǒng)校正

對位置調(diào)節(jié)器進(jìn)行PID整定[5]，使位置響應(yīng)曲線達(dá)到較令人滿意的穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能。為便于控制器參數(shù)的討論和選擇將系統(tǒng)近似為二階系統(tǒng)為：

對象是由小慣性環(huán)節(jié)和一個(gè)積分環(huán)節(jié)組成的，所以選用比例調(diào)節(jié)器其傳遞函數(shù)[1]為

Matlab下仿真[2]得位置控制模式下階躍響應(yīng)波形圖如圖3所示。穩(wěn)態(tài)誤差為0，超調(diào)量3.262%，上升時(shí)間0.04s。

3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與結(jié)論

經(jīng)過以上建模及仿真分析，基于汽車座椅安全帶固定點(diǎn)試驗(yàn)臺我們對液壓伺服閉環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)。實(shí)測響應(yīng)曲線超調(diào)量為2.3%，上升時(shí)間為0.06s。與仿真結(jié)果相比，實(shí)測系統(tǒng)超調(diào)量和上升時(shí)間都增大，據(jù)分析主要是由于系統(tǒng)油源動力有限及油路阻力等因素使得系統(tǒng)阻尼增大而導(dǎo)致的。

整體分析而言，基于汽車座椅安全帶固定點(diǎn)試驗(yàn)臺的液壓伺服控制系統(tǒng)的模型及參數(shù)、調(diào)節(jié)器參數(shù)整定是正確的，同時(shí)為液壓伺服系統(tǒng)的性能分析和調(diào)試工作提供理論基礎(chǔ)和有效方法。

參考文獻(xiàn)

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[2]王正林，王勝開，陳國順，王祺.MATLAB/Simulink與控制系統(tǒng)仿真.第三版.北京：電子工業(yè)出版社，2012.

[3]童詩白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).第三版.高等教育出版社.2004.

[4]王春行.液壓控制系統(tǒng).北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2000.

[5]多功能復(fù)合控制器說明書.第一版.中國汽車技術(shù)研究中心.2012.

[6]GB14167-2006《汽車安全帶固定點(diǎn)》.

作者簡介

張振巖（1986-），男，山東德州人，中國汽車技術(shù)研究中心，工程師，碩士，主要從事非標(biāo)設(shè)備電控。

通訊作者：張振巖