沈玲（無錫技師學(xué)院，江蘇 無錫，214000）

一電一氣比例方向閥位置控制系統(tǒng)基于MATLAB的PID控制

沈玲
（無錫技師學(xué)院，江蘇 無錫，214000）

本本文以某一機(jī)械手夾緊氣缸為研究對(duì)象，通過其伺服系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，利用MATLAB強(qiáng)大計(jì)算及仿真功能，采用試湊的方法來找到系統(tǒng)合適的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)PID參數(shù)的整定，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、超調(diào)量及穩(wěn)態(tài)誤差等方面都得到了較好的改善。

PID；整定；仿真

1 MATLAB概述

MATLAB又被稱為矩陣工作室，是進(jìn)行信號(hào)分析及處理，圖形圖像處理，系統(tǒng)的建模及仿真分析，系統(tǒng)振動(dòng)分析等而研發(fā)的一款強(qiáng)大的計(jì)算軟件。

SIMULINK是MATLAB中一個(gè)非常重要的仿真工具包，是仿真與連接的結(jié)合。通過SIMULINK仿真工具，可以方便地處理線性及非線性系統(tǒng)，能夠動(dòng)態(tài)建模及仿真分析，方法簡(jiǎn)單，運(yùn)用靈活。

2 PID控制原理

PID控制是由比例（P）、積分（I）、微分（D）三個(gè)環(huán)節(jié)所構(gòu)成的控制方式，設(shè)給定值為，實(shí)際輸出值為，兩者之間產(chǎn)生一個(gè)偏差，將偏差的P、I、D這三個(gè)環(huán)節(jié)組成線性控制量來控制被控對(duì)象，也稱其為PID控制器［1］，PID控制系統(tǒng)原理如圖1所示。

3 PID控制器的MATLAB仿真

本文以一運(yùn)送軸承的機(jī)械手為例，取其夾緊氣缸為研究對(duì)象。從軸承產(chǎn)品多樣性角度考慮，為了保證在不同軸承產(chǎn)品的生產(chǎn)中，機(jī)械手仍能有效夾緊軸承組件，本文考慮采用一伺服系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)該夾緊氣缸任意位置的精確控制，且達(dá)到快速響應(yīng)，穩(wěn)定性好的要求。

選擇DGP-25-250-PPV-A-B型無杠氣缸及MPYE-5-1/4-010-B型三位五通比例方向控制閥，建立該夾緊氣缸氣動(dòng)比例閥位置控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型（公式1），其仿真曲線見圖2所示。

圖2 電-氣比例方向閥位置控制系統(tǒng)的仿真曲線　

圖3 氣動(dòng)比例閥位置系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖

圖4 參數(shù)對(duì)氣動(dòng)比例閥位置控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線

圖5 參數(shù)對(duì)氣動(dòng)比例閥位置控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線

圖6 參數(shù)對(duì)氣動(dòng)比例閥位置控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線

為了討論P(yáng)ID控制中三個(gè)參數(shù)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)性能的影響，本文選擇其中一個(gè)參數(shù)為研究對(duì)象，另兩個(gè)參數(shù)設(shè)為常數(shù)。

4 結(jié)論

比較圖2和圖6，經(jīng)過PID控制之后系統(tǒng)的超調(diào)量減小，由原來的50%降至28%左右，系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間變快了，由原來的1s縮短至0.6s左右。

綜上所述，通過MATLAB實(shí)現(xiàn)對(duì)PID三個(gè)參數(shù)的整定及仿真，方便、快捷、直觀，既省力又省時(shí)。通過PID控制，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、超調(diào)量及穩(wěn)態(tài)誤差等方面都得到了較好的改善。

上接P61頁(yè)次射流進(jìn)口速度下，UCC內(nèi)的燃燒過程。從燃燒室徑向截面、縱向截面和橫向截面溫場(chǎng)分布分析了不同主流、二次射流進(jìn)口速度對(duì)UCC內(nèi)高溫燃?xì)庀♂寭交熳饔玫挠绊懀贸鋈缦陆Y(jié)論：二次射流進(jìn)口速度越大，主氣流進(jìn)口速度越??；或二次射流進(jìn)口速度大于主氣流進(jìn)口速度更有利于高溫燃?xì)獾南♂寭交臁?/p>

（References）

［1］Lewis G D. Swirling flow combustion-fundamentals and appilication［R］. AIAA-1973-1250. 1973.

［2］Anthenien R A，Mantz R A，Roquemore W M，at al. Experimental results for a novel，high swirl，ultra-compact combustor for gas turbine engines［R］. 2nd Joint Meeting of the US sections of the Combustion Institute. 2001.

［3］Cottle A E，Polanka M D. Common flow source for a full annular ultra-compact combustor［R］. AIAA-2015-0100. 2015.

上接P67頁(yè)

4結(jié)論

空化現(xiàn)象的爆破力足以使閥內(nèi)部件（特別是閥芯）遭到極其嚴(yán)重的破壞，嚴(yán)重的空化作用只需幾小時(shí)調(diào)節(jié)閥就損壞了，以致于調(diào)節(jié)過程失控，產(chǎn)生重大安全事故。因此，在進(jìn)行控制工程設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮到防止空化現(xiàn)象的出現(xiàn)。特別對(duì)高壓力降工況、低揮發(fā)性介質(zhì)控制的場(chǎng)合，在防止空化作用方面要給予足夠的重視［2］。

參考文獻(xiàn)（References）

［1］李煒.控制閥產(chǎn)生空化現(xiàn)象之探究［J］. 云南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009，31（S2）∶159-162.

［2］崔克清.安全工程大辭典［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1995.

沈玲，女，江蘇無錫人，工程碩士，無錫技師學(xué)院教師，主要從事中等職業(yè)學(xué)校機(jī)械類專業(yè)課教學(xué)。