液压缸位置伺服系统控制
摘 要摘 要液压缸位置伺服系统是采用电液伺服阀结合位移反馈传感器等器件构成的一个高精度的闭环控制系统。液压缸位置伺服系统试验台涉及的技术有液压、电气、测试、软件设计等等，是一个综合性很强的试验平台，可用于本科生、研究生的毕业设计作为开放实验使用。本文首先介绍了液压缸位置伺服系统液压系统和电气系统，其次，介绍PCI-1712研华板的一些相关知识及其功能测试的相关内容，之后有介绍了AMESim软件的仿真步骤方法及其特点，还介绍了比例积分微分控制和伪微分控制的原理及其特点，并着重研究了基于PID和PDF两种方法采用AMESim软件进行控制性能仿真并对其控制效果进行对比分析。最后，还介绍了Borland C++ Builder 6软件的相关知识，并利用 Borland C++ Builder 6.0 软件基于PID和PDF两种控制方法进行软件开发，其中，控制参数采用仿真模型中得到的最佳值。关键词：AMESim；建模仿真；Borland C++ Builder 6；PID；电液伺服系统 目录
第一章 绪论 1
1.1 课题的目的和意义 1
1.2 液压缸位置伺服系统控制国内外的研究现状 1
1.2.1国外的研究现状 1
1.2.2 国内的研究现状 2
1.3 液压缸位置伺服系统控制的研究方法、步骤和措施 2
1.4 本文的主要内容 3
第二章 电液系统设计 4
2.1 液压系统 4
2.2电气系统 6
2.2.1系统控制原理 6
2.2.2 数据采集卡 7
2.2.3 Fx2n16MR可编程控制器（PLC） 13
2.2.4 主电路 14
2.2.5 控制柜 15
2.3本章小结 17
第三章 基于AMESim软件的PID和PDF控制性能仿真 18
3.1 AMESim软件简介 18
3.1.1 AMESim软件介绍 18
3.1.2 AMESim软件特点 18
3.1.3 AMESim软件的模型库 19
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
> 2.2.5 控制柜 15
2.3本章小结 17
第三章 基于AMESim软件的PID和PDF控制性能仿真 18
3.1 AMESim软件简介 18
3.1.1 AMESim软件介绍 18
3.1.2 AMESim软件特点 18
3.1.3 AMESim软件的模型库 19
3.2 PID控制的原理 20
3.2.1数字PID控制器的原理 20
3.2.2 位置PID控制算法 21
3.2.3 PID控制器的优点 21
3.3 基于AMEsim软件的PID控制性能仿真 22
3.4伪微分控制原理 25
3.5 基于AMESim软件的PDF控制性能仿真 27
3.6 性能分析 31
3.7本章小结 31
第四章 伺服控制软件设计 32
4.1 编程软件介绍 32
4.1.1 编程软件简介 32
4.1.2 Borland C++ Builder 6 的集成环境 32
4.1.3 常用组件 32
4.2 软件设计总体阐述 36
4.2.1 软件的功能 36
4.2.2 软件运行流程 37
4.3 软件界面设计 37
4.3.1 概述 37
4.3.2 界面设计步骤 38
4.3.3 液压伺服试验台控制软件界面展示 38
4.4 软件系统程序设计 39
4.4.1 程序编写方法 39
4.4.2 部分程序解释 40
4.5 液压伺服试验台控制试软件使用说明 40
4.6 本章小结 41
结 束 语 42
致 谢 43
参 考 文 献 44
第一章 绪论
1.1 课题的目的和意义
液压缸位置伺服系统是采用电液伺服阀结合位移反馈传感器等器件构成的一个高精度的闭环控制系统，本试验台是结合《液压与气压传动》及《液压控制系统》等课程设计的一个具有一定二次开发深度的电液伺服系统。涉及的技术有液压、电气、测试、软件设计等等，是一个综合性很强的试验平台，可用于本科生、研究生的毕业设计或作为开放实验使用。本试验台可以完成的实验有：液压缸电液伺服控制、PLC控制、多功能数据采集卡的数据采集及电气控制、溢流阀的动态特性测试等等，具有调压回路、卸荷回路、节流调速回路、平衡回路等多种回路。
现有的试验台在响应速度上还存在一定问题，需要进行分析、验算，在现有器件的基础上找到影响响应速度的因素，并从软件上进行校正，因此选题的目的和意义在于如何提高系统响应速度，并为电液位置伺服系统的设计提供指导性意见。
1.2 液压缸位置伺服系统控制国内外的研究现状
国外的液压技术开始的比较早，发展的也比较快，设备和工艺比较完善，而中国的液压技术则起步较晚，初期主要靠引进国外的技术，后来虽然发展较快，但在高、精、尖的液压产品的生产方面依然存在着许多的不足之处。
1.2.1国外的研究现状
液压控制系统主要包括电液伺服控制系统和电液比例控制系统，具有响应速度快、刚度大、容量大和控制精度比较高的优点，因此在机床、建筑机械、汽车、冶金机械、电力机械、航空航天、重型机械、船舶和武器装备等领域获得广泛应用。
通过查阅相关资料可以知道，美国的MIT最先开始进行电液伺服控制技术方面的研究，在接下来的的几十年中，电液伺服控制系统在设计方面基本上是采用基于工作点附近的增量线性化模型对系统进行综合与分析。1945年，麻省理工学院成立了动态分析与控制研究室，对液压控制系统的理论研究取得了关键性的成果。大约1960年左右，各种结构的电液伺服阀被发明出来，其中，以摩格为代表的采用干式力矩马达和级间力反馈的电液伺服阀的出现和各类电反馈技术的应用使得电液伺服阀的性能得到进一步的提高，电液伺服技术日臻成熟。因为电液伺服系统是典型的不确定未知的非线性系统，所以这个系统的时变参量多，扰动大，工作范围宽，而且难以精确的进行建模。1970年到1980年这段时间，计算机技术的发展比较快，这就为液压技术和电子技术的结合奠定了一定的基础。而且在此之后，计算机被广泛的应用到电液伺服系统中，这也使得复杂控制策略的实现成为可能。就最近这些年看来，控制学科的发展对电液伺服系统智能的控制研究具有重要的作用。
1.2.2 国内的研究现状
我国的液压技术起点比较晚，真正发展是在六十年代开始起步的，因此，与国外液压技术发展水平比较发达的国家相比，还存在着很大的的距离。
我国液压工业的统一组织工作是从1963年开始的，因为当时的机械工厂需要很多的中、高液压元件，1965年，我国引进了日本液压元件制造技术然后建起了专业生产厂家，通过测绘、仿制、联合设计开发了一大批液压产品，从此以后，我国的液压工厂出现了快速发展的局面，经过几十年的努力，我国已经拥有数百家的液压件厂家。为我国液压元件产品的更新换代打下了良好的基础。而且，为了推动我国的液压工业的发展，许多生产厂家和科研所及高校都积极做
第一章 绪论 1
1.1 课题的目的和意义 1
1.2 液压缸位置伺服系统控制国内外的研究现状 1
1.2.1国外的研究现状 1
1.2.2 国内的研究现状 2
1.3 液压缸位置伺服系统控制的研究方法、步骤和措施 2
1.4 本文的主要内容 3
第二章 电液系统设计 4
2.1 液压系统 4
2.2电气系统 6
2.2.1系统控制原理 6
2.2.2 数据采集卡 7
2.2.3 Fx2n16MR可编程控制器（PLC） 13
2.2.4 主电路 14
2.2.5 控制柜 15
2.3本章小结 17
第三章 基于AMESim软件的PID和PDF控制性能仿真 18
3.1 AMESim软件简介 18
3.1.1 AMESim软件介绍 18
3.1.2 AMESim软件特点 18
3.1.3 AMESim软件的模型库 19
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> 2.2.5 控制柜 15
2.3本章小结 17
第三章 基于AMESim软件的PID和PDF控制性能仿真 18
3.1 AMESim软件简介 18
3.1.1 AMESim软件介绍 18
3.1.2 AMESim软件特点 18
3.1.3 AMESim软件的模型库 19
3.2 PID控制的原理 20
3.2.1数字PID控制器的原理 20
3.2.2 位置PID控制算法 21
3.2.3 PID控制器的优点 21
3.3 基于AMEsim软件的PID控制性能仿真 22
3.4伪微分控制原理 25
3.5 基于AMESim软件的PDF控制性能仿真 27
3.6 性能分析 31
3.7本章小结 31
第四章 伺服控制软件设计 32
4.1 编程软件介绍 32
4.1.1 编程软件简介 32
4.1.2 Borland C++ Builder 6 的集成环境 32
4.1.3 常用组件 32
4.2 软件设计总体阐述 36
4.2.1 软件的功能 36
4.2.2 软件运行流程 37
4.3 软件界面设计 37
4.3.1 概述 37
4.3.2 界面设计步骤 38
4.3.3 液压伺服试验台控制软件界面展示 38
4.4 软件系统程序设计 39
4.4.1 程序编写方法 39
4.4.2 部分程序解释 40
4.5 液压伺服试验台控制试软件使用说明 40
4.6 本章小结 41
结 束 语 42
致 谢 43
参 考 文 献 44
第一章 绪论
1.1 课题的目的和意义
液压缸位置伺服系统是采用电液伺服阀结合位移反馈传感器等器件构成的一个高精度的闭环控制系统，本试验台是结合《液压与气压传动》及《液压控制系统》等课程设计的一个具有一定二次开发深度的电液伺服系统。涉及的技术有液压、电气、测试、软件设计等等，是一个综合性很强的试验平台，可用于本科生、研究生的毕业设计或作为开放实验使用。本试验台可以完成的实验有：液压缸电液伺服控制、PLC控制、多功能数据采集卡的数据采集及电气控制、溢流阀的动态特性测试等等，具有调压回路、卸荷回路、节流调速回路、平衡回路等多种回路。
现有的试验台在响应速度上还存在一定问题，需要进行分析、验算，在现有器件的基础上找到影响响应速度的因素，并从软件上进行校正，因此选题的目的和意义在于如何提高系统响应速度，并为电液位置伺服系统的设计提供指导性意见。
1.2 液压缸位置伺服系统控制国内外的研究现状
国外的液压技术开始的比较早，发展的也比较快，设备和工艺比较完善，而中国的液压技术则起步较晚，初期主要靠引进国外的技术，后来虽然发展较快，但在高、精、尖的液压产品的生产方面依然存在着许多的不足之处。
1.2.1国外的研究现状
液压控制系统主要包括电液伺服控制系统和电液比例控制系统，具有响应速度快、刚度大、容量大和控制精度比较高的优点，因此在机床、建筑机械、汽车、冶金机械、电力机械、航空航天、重型机械、船舶和武器装备等领域获得广泛应用。
通过查阅相关资料可以知道，美国的MIT最先开始进行电液伺服控制技术方面的研究，在接下来的的几十年中，电液伺服控制系统在设计方面基本上是采用基于工作点附近的增量线性化模型对系统进行综合与分析。1945年，麻省理工学院成立了动态分析与控制研究室，对液压控制系统的理论研究取得了关键性的成果。大约1960年左右，各种结构的电液伺服阀被发明出来，其中，以摩格为代表的采用干式力矩马达和级间力反馈的电液伺服阀的出现和各类电反馈技术的应用使得电液伺服阀的性能得到进一步的提高，电液伺服技术日臻成熟。因为电液伺服系统是典型的不确定未知的非线性系统，所以这个系统的时变参量多，扰动大，工作范围宽，而且难以精确的进行建模。1970年到1980年这段时间，计算机技术的发展比较快，这就为液压技术和电子技术的结合奠定了一定的基础。而且在此之后，计算机被广泛的应用到电液伺服系统中，这也使得复杂控制策略的实现成为可能。就最近这些年看来，控制学科的发展对电液伺服系统智能的控制研究具有重要的作用。
1.2.2 国内的研究现状
我国的液压技术起点比较晚，真正发展是在六十年代开始起步的，因此，与国外液压技术发展水平比较发达的国家相比，还存在着很大的的距离。
我国液压工业的统一组织工作是从1963年开始的，因为当时的机械工厂需要很多的中、高液压元件，1965年，我国引进了日本液压元件制造技术然后建起了专业生产厂家，通过测绘、仿制、联合设计开发了一大批液压产品，从此以后，我国的液压工厂出现了快速发展的局面，经过几十年的努力，我国已经拥有数百家的液压件厂家。为我国液压元件产品的更新换代打下了良好的基础。而且，为了推动我国的液压工业的发展，许多生产厂家和科研所及高校都积极做
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