Ｎｏ．６

Ｊｕｎ．２０１０

机械设计与制造

于比较，当心＝ｏ．３时，对系统取不同的蜀值组成ＰＩ控制器进行

模拟。加只调节后系统对阶跃的响应，如图６所示。

瓜＝ｏ．ｔ

眨史ｎ｝删．，

车霉

惫，警一

Ⅻ．・ｙ

＼

／

ｌ

０

Ｏ．５

ｌ

１．５

骶ｒｒＥ（ｓｅｃ）

图６加ＰＩ调节后系统对阶跃的响应图

如图６所示，可以看出加入积分环节后，系统的稳态误差得

到了有效的改善，系统响应时间也缩短了，但最大超调鼍值仍然

偏大（Ｍｐ＝０．０２９），从上图可以看出Ｔｉ越大系统的幅值就小一些，

相对稳定一点，所以在后面的校正中，应该适当缩小比例系数

恐，使得超调量得到有效的控制。此外，应加入微分环节，减少超

调量，克服振荡，减小调整时间，使系统的稳定性提高，从而改善

系统的动态性能。

４．４

ＰＩＤ控制器

利用上面的分析以及蜀和岛对系统输出的影响，取正＝

０．４，Ｋｐ＝０．３，在此基础上加入微分环节，组成ＰＩＤ控制器，对系统

性能进行调整和改善。加入ＰＩＤ调节后系统对阶跃的响应，如图

７所示。

名
童

旨

卅

Ｔｄ＝０叼百ｈ卜

厂７ｒｄ＝０【】３——‘－－

瓜舯＝ｏ．０２
［ＶＴｄ＝０．０１

『

Ｊ

ｌ

０

Ｏ．５

ｌ

ＴｉＩｎｅ（ｅ∞）

图７加ＰＩＤ调节后系统对阶跃的响应

为了比较加入ｌａｉＤ调节后系统的综合性能，在ＭＡＴＬＡＢ环

境中分别调用下列参数对应函数，得到这些参数嘲：‘（上升时间）、

屯（稳定时间）、ｅ。（稳态误差）、确（超调量）、ｋ。（幅值余量）、ｐ。（相位

裕量），从这六个方面对加入ＰＩＤ调节后的系统综合性能进行分

析，如表１所示。

表１‰的取值对于系统性能的影响

微分系数

上升时稳定时稳态误超凋量幅值余量相位欲量

（Ｚ：０．４，Ｋｐ＝０．３）问“ｓ）问ｆ。（ｓ）

差ｅｓｓ

ｍｏ（％）

ｋ．（ｄＢ）

ｐ一（。）

由上表中可以看出经过ＰＩＤ调节后系统的各项性能得到了

很好的改善，综合比较，ＰＩＤ控制器的各参数确定如下：Ｋｐ＝０．３，蜀

＝Ｏ．７５，‰＝０．００６。

５系统性能分析

加入ＰＩＤ控制器后的系统开环传递函数为：

Ｇ（Ｓ）Ｄ（Ｓ）：（０．３＋ｏ．００６ｓ＋０．７５）

５

２９．４

（斋＋普州）（斋＋劳ｍ

（８．８２＋０．１７６４ｓ＋．２２．０５）

‘矿Ｓ２＋普Ⅲ）（嘉＋寺＋１）ｓ

系统加ＰＩＤ校正后的伯德图．如图８所示。

５０

０

－５０

—ｔ００

—１５０

—２００

（６）

图８系统加ＰＩＤ校正后的伯德图

（１）系统的幅值余量ｋ，＝１４．２ｄＢ，相位裕量ｐ，＝１９．６。，基本满

足稳定性要求；

（２）由系统闭环波德图上，可以看出幅频特性的增益值下降

到一３ｄＢ时所对应的频率变化范围，上升时间ｔ，＝Ｏ．００９ｓ＜３３ｘ１０３ｓ，

故系统满足响应快速性的要求；

（３）由前面仿真可以得到，稳态误差ｅｓｓ＝０．９８２５，超调量砜＝

１．０５６４％＜５％，满足系统工作要求。

综上所述，经过ＰＩＤ控制器的校正以后，系统能够满足其设

计使用要求。．

６结语

通过对高速数控压机液压系统各个组成部分建立数学模型，

从而建立了整个系统的传递函数。在此基础上，重点讲述了ＰＩＤ

控制系统的建立过程。对ＰＩＤ控制器的设计对系统进行调整及性

能分析，后在ＭＡＴＬＡＢ中分别设计了Ｐ、ＰＩ、ＰＩＤ三种控制器，并

对其分别进行仿真分析。仿真研究表明，ＰＩＤ控制在数控压机液压

系统中能够对系统进行有效调节，从而使系统能够满足其设计使

用要求。在系统控制环节中引入数字控制器，有效的提高和改善

电液比例控制系统的性能。使系统具有良好的稳定性和可控性。

参考文献

Ｉ壬春伉液压控制系统ＣＭ］．北京：机械］：业出版社，２００６

２孙虎毫自动控制原理［Ｍ］．北京：中央广播电视大学出版社，２００３

３倪现存．高速数控压机液压系统性能研究［Ｄ］：［硕士学位论文］．济南：山东

科技大学，２０００（９）：３２．－３５

４玄兆燕，朱洪俊，杨秀萍．机械工程控制基础［Ｍ］．北京：电子工业出版社，

２００６

５张超．钢管俄棱机电液伺服系统研究与设计［Ｄ］：［硕士学位论文］．西安：西

安建筑科技大学，２００５（６）：３０－３６

６原思聪ＭＡＴＬＡＢ语言及机械工程应甩械工业出版社［Ｍ］．北京：机械工业

出版社。２００８

３

５

２

５

１

５

０

吣

啷

耋｝

蝴

咖

｜耋

ｏ

ｏ百暑ｌＩ盘暑《

岔Ｐ）等；ｌＩ争苫孕ｐ）Ｑ％Ｉｌｄ

凇呲嘶Ⅲ呲川懈嘶瞅耋｜ｏ

●ｎ

ｎ

ｎ

ｎ

０

ｎ

ｎ

ｎ

ｎ

万方数据