一电一气比例方向阀位置控制系统基于MATLAB的PID控制

沈玲（无锡技师学院，江苏 无锡，214000）

一电一气比例方向阀位置控制系统基于MATLAB的PID控制

沈玲
（无锡技师学院，江苏 无锡，214000）

本本文以某一机械手夹紧气缸为研究对象，通过其伺服系统的传递函数，利用MATLAB强大计算及仿真功能，采用试凑的方法来找到系统合适的参数，实现对系统PID参数的整定，使系统的稳定性、响应速度、超调量及稳态误差等方面都得到了较好的改善。

PID；整定；仿真

1 MATLAB概述

MATLAB又被称为矩阵工作室，是进行信号分析及处理，图形图像处理，系统的建模及仿真分析，系统振动分析等而研发的一款强大的计算软件。

SIMULINK是MATLAB中一个非常重要的仿真工具包，是仿真与连接的结合。通过SIMULINK仿真工具，可以方便地处理线性及非线性系统，能够动态建模及仿真分析，方法简单，运用灵活。

2 PID控制原理

PID控制是由比例（P）、积分（I）、微分（D）三个环节所构成的控制方式，设给定值为，实际输出值为，两者之间产生一个偏差，将偏差的P、I、D这三个环节组成线性控制量来控制被控对象，也称其为PID控制器［1］，PID控制系统原理如图1所示。

3 PID控制器的MATLAB仿真

本文以一运送轴承的机械手为例，取其夹紧气缸为研究对象。从轴承产品多样性角度考虑，为了保证在不同轴承产品的生产中，机械手仍能有效夹紧轴承组件，本文考虑采用一伺服系统来实现对该夹紧气缸任意位置的精确控制，且达到快速响应，稳定性好的要求。

选择DGP-25-250-PPV-A-B型无杠气缸及MPYE-5-1/4-010-B型三位五通比例方向控制阀，建立该夹紧气缸气动比例阀位置控制系统的数学模型（公式1），其仿真曲线见图2所示。

图2 电-气比例方向阀位置控制系统的仿真曲线　

图3 气动比例阀位置系统控制结构图

图4 参数对气动比例阀位置控制系统的阶跃响应曲线

图5 参数对气动比例阀位置控制系统的阶跃响应曲线

图6 参数对气动比例阀位置控制系统的阶跃响应曲线

为了讨论PID控制中三个参数对整个系统性能的影响，本文选择其中一个参数为研究对象，另两个参数设为常数。

4 结论

比较图2和图6，经过PID控制之后系统的超调量减小，由原来的50%降至28%左右，系统的响应时间变快了，由原来的1s缩短至0.6s左右。

综上所述，通过MATLAB实现对PID三个参数的整定及仿真，方便、快捷、直观，既省力又省时。通过PID控制，使系统的稳定性、响应速度、超调量及稳态误差等方面都得到了较好的改善。

上接P61页次射流进口速度下，UCC内的燃烧过程。从燃烧室径向截面、纵向截面和横向截面温场分布分析了不同主流、二次射流进口速度对UCC内高温燃气稀释掺混作用的影响，得出如下结论：二次射流进口速度越大，主气流进口速度越小；或二次射流进口速度大于主气流进口速度更有利于高温燃气的稀释掺混。

（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页

4结论

空化现象的爆破力足以使阀内部件（特别是阀芯）遭到极其严重的破坏，严重的空化作用只需几小时调节阀就损坏了，以致于调节过程失控，产生重大安全事故。因此，在进行控制工程设计时，应充分考虑到防止空化现象的出现。特别对高压力降工况、低挥发性介质控制的场合，在防止空化作用方面要给予足够的重视［2］。

参考文献（References）

［1］李炜.控制阀产生空化现象之探究［J］. 云南大学学报（自然科学版），2009，31（S2）∶159-162.

［2］崔克清.安全工程大辞典［M］.北京：化学工业出版社，1995.

沈玲，女，江苏无锡人，工程硕士，无锡技师学院教师，主要从事中等职业学校机械类专业课教学。