基于MATLAB液壓系統(tǒng)設(shè)計與仿真

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西 南 交 通 大 學

本科畢業(yè)設(shè)計(論文)

基于MATLAB的液壓系統(tǒng)的設(shè)計與仿真

摘 要

液壓電梯是現(xiàn)代社會中一種重要的垂直運輸工具，由于其具有機房設(shè)置靈活、對井道結(jié)構(gòu)強度要求低、運行平穩(wěn)、載重量大, 以及故障率低等優(yōu)點, 在國內(nèi)外中、低層建筑中的應(yīng)用已相當普遍。液壓電梯是集機、電、液一體化的產(chǎn)品，是由多個相互獨立又相互協(xié)調(diào)配合的單元構(gòu)成，對液壓電梯的開發(fā)研究涉及機械、液壓及自動控制等多個領(lǐng)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(shè)計了滿足條件的電梯液壓系統(tǒng)。然后根據(jù)電梯的工作條件和已設(shè)定參數(shù)，對各個液壓元件進行了設(shè)計計算。最后結(jié)合實際的情況和一些具體的產(chǎn)品，對液壓元件的型號和尺寸的進行了確定。

在此基礎(chǔ)上，本文對電梯液壓系統(tǒng)進行了數(shù)學模型的建立，在建模過程中采用拓撲原理建立系統(tǒng)的數(shù)學模型，即先根據(jù)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)建立液壓系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)圖，將系統(tǒng)分成若干個可以獨立的子系統(tǒng)，然后再分別建立每個子系統(tǒng)的數(shù)學模型，最后再根據(jù)拓撲結(jié)構(gòu)組合成整個大系統(tǒng)的數(shù)學模型。在建立了系統(tǒng)數(shù)學模型后，對液壓系統(tǒng)進行了仿真分析，得到了系統(tǒng)的速度、壓力和位移曲線，這就更直觀的反應(yīng)了系統(tǒng)的運行過程。

根據(jù)仿真結(jié)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(tǒng)中，采用積分分離PID控制方法對本液壓系統(tǒng)進行了仿真分析，結(jié)果顯示加入PID控制方法后系統(tǒng)穩(wěn)定性得到了提高，具有良好的工作性能。

關(guān)鍵詞：液壓電梯;雙缸直頂式;三級同步液壓缸;動態(tài)仿真;PID控制

目 錄

第1章 緒論1

1.1液壓電梯的發(fā)展概況1

1.1.1 國外液壓電梯的發(fā)展簡況1

1.1.2 國內(nèi)液壓電梯的發(fā)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(shù)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(yōu)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(nèi)容5

1.4.1 本論文的選題意義5

1.4.2 本論文的研究內(nèi)容6

第2章 液壓電梯的液壓系統(tǒng)設(shè)計8

2.1設(shè)計背景及工況分析8

2.2 液壓系統(tǒng)設(shè)計9

2.3 液壓缸的設(shè)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(shù)計算11

2.3.3 缸蓋和活塞頭設(shè)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(shè)計22

2.5.1 管路內(nèi)徑的選擇22

2.5.2 管道壁厚計算23

2.6 油箱設(shè)計23

2.7 過濾器的設(shè)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(jié)流閥24

2.9 本章小結(jié)25

第3章 電梯液壓系統(tǒng)模型的建立26

3.1電梯上行的數(shù)學模型28

3.1.1 泵的數(shù)學模型28

3.1.2 單向閥的數(shù)學模型29

3.1.3 比例流量閥的數(shù)學模型29

3.1.4 液壓橋的數(shù)學模型31

3.1.5 液控單向閥的模型32

3.1.6 液壓缸的數(shù)學模型32

3.1.7 系統(tǒng)上行的模型35

3.2 電梯下行的數(shù)學模型36

3.3 本章小結(jié)38

第4章 電梯液壓系統(tǒng)的動態(tài)仿真39

4.1 simulink簡介39

4.2電梯上行時液壓系統(tǒng)的仿真分析40

4.2.1 供油子系統(tǒng)的仿真模型41

4.2.2 液壓橋和液控單向閥組成調(diào)整子系統(tǒng)的仿真模型41

4.2.3 三級同步液壓缸構(gòu)成運行系統(tǒng)的仿真模型42

4.3 電梯上行液壓系統(tǒng)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(jié)50

第5章 電梯液壓系統(tǒng)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(shù)字PID控制算法的該進54

5.4 液壓電梯液壓系統(tǒng)的PID控制器的設(shè)計與仿真56

5.4.1 PID控制器設(shè)計56

5.4.2 采樣周期的確定57

5.4.3 PID控制器參數(shù)整定58

5.4.4 電梯液壓系統(tǒng)PID控制器仿真58

5.5 本章小結(jié)64

結(jié)論與展望65

致 謝67

參考文獻68

第1章 緒論

1.2 液壓電梯工作原理概述

液壓電梯作為除電動電梯之外的另外一個電梯種類，其工作原理和曳引電梯有很大的不同。液壓電梯是通過電力驅(qū)動的

總結(jié)

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