基于MATLAB的液壓系統的設計與仿真

摘?? 要

液壓電梯是現代社會中一種重要的垂直運輸工具，由于其具有機房設置靈活、對井道結構強度要求低、運行平穩、載重量大, 以及故障率低等優點, 在國內外中、低層建筑中的應用已相當普遍。液壓電梯是集機、電、液一體化的產品，是由多個相互獨立又相互協調配合的單元構成，對液壓電梯的開發研究涉及機械、液壓及自動控制等多個領域。

本文在對液壓電梯的實際工作情況做了詳細分析后，假定了一個電梯具體的工作條件(包括電梯的最大負載和運行速度等)，選定電梯轎廂的支承方式為雙缸直頂式、支承液壓缸為三級同步液壓缸，并設計了滿足條件的電梯液壓系統。然后根據電梯的工作條件和已設定參數，對各個液壓元件進行了設計計算。最后結合實際的情況和一些具體的產品，對液壓元件的型號和尺寸的進行了確定。

在此基礎上，本文對電梯液壓系統進行了數學模型的建立，在建模過程中采用拓撲原理建立系統的數學模型，即先根據系統的總體結構建立液壓系統的拓撲結構圖，將系統分成若干個可以獨立的子系統，然后再分別建立每個子系統的數學模型，最后再根據拓撲結構組合成整個大系統的數學模型。在建立了系統數學模型后，對液壓系統進行了仿真分析，得到了系統的速度、壓力和位移曲線，這就更直觀的反應了系統的運行過程。

根據仿真結果分析，液壓缸在運行過程中速度振動較大，本論文將PID控制算法加入到系統中，采用積分分離PID控制方法對本液壓系統進行了仿真分析，結果顯示加入PID控制方法后系統穩定性得到了提高，具有良好的工作性能。

關鍵詞：液壓電梯;雙缸直頂式;三級同步液壓缸;動態仿真;PID控制

Abstract

Hydraulic Elevator is an important vertical transport in a modern society .Because of it has the advantages of engine room setting flexible, requiring a lower level of the well’s structural strength, smooth operation, large load, and Low failure rate Etc, it is already applied very common in the low-rise buildings at home or abroad. Hydraulic Elevator is the products of integration mechanical, electrical, fluid, it is composed of number of independent each other and mutual cooperation modules, The research and development for hydraulic elevator related to mechanical, hydraulic and automatic control etc.

In this paper, after detailed analysis of the hydraulic elevator's actual work situation, we assumed the elevator’s specific working conditions (Including the elevator’s maximum load, running speed and so on), and determining the elevator’s supporting style was straight for the double top, using Synchronization of three-tier hydraulic cylinder, And designed the hydraulic system of the elevator to meet the actual conditions. Then according to the working conditions of the elevator and the given parameters, we calculated the design of various hydraulic components. Finally, combination the actual situation and a number of specific products, the hydraulic components’ model and size were determined.

On this basis，this paper established a mathematical model for elevator hydraulic system, In the modeling process we used the principle of system topology to establish the mathematical model, first according the overall-structure of the system we establish the hydraulic system topology diagram, so the system is divided into several independent subsystems, and then set up the mathematical model of each subsystem, Finally, composition the mathematical model for the entire system under the topology. According to the mathematical model of the system，we conducted a simulation analysis of the hydraulic system , and we got the system’s speed, pressure and displacement curves, this reflects system’s operation more intuitive.

According to analysis of simulation results，the hydraulic cylinder's speed vibrated larger during operation. In this paper, PID control algorithm has been added to the system, used Integral separation PID control method for the hydraulic system’s simulation and analysis. The results showed that after adding PID control method ，system stability has been improved, and reflected the good performance.

Keywords: Hydraulic Elevator; Double straight-top; three-tier synchronous hydraulic cylinder; Dynamic Simulation; PID control

目? 錄

第1章 緒論?1

1.1液壓電梯的發展概況?1

1.1.1 國外液壓電梯的發展簡況?1

1.1.2 國內液壓電梯的發展簡況?2

1.2 液壓電梯工作原理概述?2

1.3 液壓電梯的技術特點?4

1.3.1 液壓電梯的性能要求?4

1.3.2 液壓電梯的優點?4

1.3.3 液壓電梯的缺點?5

1.4 本論文的選題意義及研究內容?5

1.4.1 本論文的選題意義?5

1.4.2 本論文的研究內容?6

第2章 液壓電梯的液壓系統設計?8

2.1設計背景及工況分析?8

2.2 液壓系統設計?9

2.3 液壓缸的設計?10

2.3.1 同步伸縮液壓缸的工作原理?10

2.3.2 同步伸縮缸的參數計算?11

2.3.3 缸蓋和活塞頭設計?15

2.3.4 柱塞缸和各級活塞缸的長度計算?18

2.3.5 液壓缸的密封?20

2.4 泵和電機的選擇?21

2.4.1 泵排量的計算?21

2.4.2 電機的選擇?21

2.5 液壓管路的設計?22

2.5.1 管路內徑的選擇?22

2.5.2 管道壁厚計算?23

2.6 油箱設計?23

2.7 過濾器的設計?24

2.8 閥的選擇?24

2.8.1 單向閥的選擇?24

2.8.2 電磁溢流閥?24

2.8.3 節流閥?24

2.9 本章小結?25

第3章 電梯液壓系統模型的建立?26

3.1電梯上行的數學模型?28

3.1.1 泵的數學模型?28

3.1.2 單向閥的數學模型?29

3.1.3 比例流量閥的數學模型?29

3.1.4 液壓橋的數學模型?31

3.1.5 液控單向閥的模型?32

3.1.6 液壓缸的數學模型?32

3.1.7 系統上行的模型?35

3.2 電梯下行的數學模型?36

3.3 本章小結?38

第4章 電梯液壓系統的動態仿真?39

4.1 simulink簡介?39

4.2電梯上行時液壓系統的仿真分析?40

4.2.1 供油子系統的仿真模型?41

4.2.2 液壓橋和液控單向閥組成調整子系統的仿真模型?41

4.2.3 三級同步液壓缸構成運行系統的仿真模型?42

4.3 電梯上行液壓系統的仿真?46

4.3.1 電梯上行液壓缸的速度曲線?47

4.3.2 電梯上行液壓缸的位移仿真曲線?49

4.3.3 電梯上行液壓缸各級缸筒壓力仿真曲線?49

4.4 本章小結?50

第5章 電梯液壓系統的PID控制?51

5.1 PID控制原理?52

5.2 位置PID控制算法?53

5.3 數字PID控制算法的該進?54

5.4 液壓電梯液壓系統的PID控制器的設計與仿真?56

5.4.1 PID控制器設計?56

5.4.2 采樣周期的確定?57

5.4.3 PID控制器參數整定?58

5.4.4 電梯液壓系統PID控制器仿真?58

5.5 本章小結?64

結論與展望?65

致? 謝?67

參考文獻?68

總結

以上是生活随笔為你收集整理的matlab 液压控制系统设计,基于MATLAB的液压系统的设计与仿真的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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