【導讀】採用電液比例方向閥，設計了電液位置伺服控制系統，以LABVIEW和MATLAB混合編程實現系統的實時控制功能，以個人計算機爲數字控制器，採用NI公司數據採集卡完成數據採集、數據輸出控制等多項功能。針對電液比例位置控制系統的特點，建立數學模型。對於系統的不穩定性，採用PID控制算法對其進行校正，提高了系統的精度及響應速度。

前言

電液位置伺服系統是最基本和最常用的一種液壓伺服系統，如機牀工作臺的位置、板帶軋機的板厚、帶材跑偏控制、飛機和船舶的舵機控制、雷達和火炮控制系統以及振動試驗檯等。在其它物理量的控制系統中，如速度控制和力控制等系統中，也常有位置控制小回路作爲大回路中的一個環節。

電液位置伺服系統主要是用於解決位置跟隨的控制問題，其根本任務就是通過執行機構實現被控量對給定量的及時和準確跟蹤，並要具有足夠的控制精度。電液伺服系統的動態特性是衡量一套電液伺服系統設計及調試水平的重要指標。它由電信號處理裝置和若干液壓元件組成，元件的動態性能相互影響，相互制約及系統本身所包含的非線性，致使其動態性能複雜。因此，電液伺服控制系統的設計及仿真受到越來越多的重視。

本文以比例方向閥實現對伺服油缸的位置控制，加入位移傳感器構成位置閉環控制系統。採用NI公司的USB-6008數據採集卡完成數據採集、數據輸出控制等多項功能，以LABVIEW和MATLAB混合編程實現了良好的實時控制功能。

1.電液伺服系統原理及建模

1.1電液伺服系統組成及原理

電液位置伺服控制系統以液體作爲動力傳輸和控制介質，利用電信號進行控制輸入和反饋。只要輸入某一規律的輸入信號，執行元件就能啓動、快速並準確地復現輸入量的變化規律。控制系統結構圖如圖1所示：

圖1 電液位置伺服控制系統結構圖

1.2電液位置伺服系統建模

本系統的電液比例方向閥爲BFW-03-3C2-95-50，通徑爲10mm，最高工作壓力31.5MPa，最大流量50l/min。液壓缸活塞的行程爲20mm，根據國家標準GB2349-80活塞桿活塞系列，知內徑D爲63mm，有效工作面積3.0×10-3m2。位移傳感器選擇爲WDL200的直滑式導電塑料電位器，其性能參數爲：0—5V輸出，測量範圍O--200mm；分辨率0.Olmm；線性度0.2％。

1.2.1閥控伺服缸建模

（1）比例閥線性化流量方程

QL=Kqxv−KcpL

（1）式中Kq——比例閥流量增益；Kc——比例閥流量－壓力系數；pL——負載壓力；xv——比例閥閥芯位移。

（2）伺服油缸流量連續性方程

2.基於PID控制的MATLAB仿真

常規PID控制器的調節性能取決於參數Kp，Ki，Kd的整定情況，參數整定的好，則控制效果就好，否則相反。參數的整定通常有兩種可用的方法：理論設計法和實驗確定法。通過大量的實驗，選擇PID參數分別爲：Kp=1.1，Ki=0.2，Kd=0.01。在Simulink下的仿真圖如圖所示：

圖3 PID控制的仿真圖

3.基於LABVIEW的實時控制軟件

LABVIEW在線控制過程：首先進行數據採集，採集的數據是位移傳感器的位移，轉換爲電壓，送入數據採集卡的模擬量輸入端AI0，程序中對模擬輸入通道進行配置，主要包括配置採樣通道號、最大最小值以及採樣方式(差分、單端)，並輸出採樣波形。接着是PID算法，要設定P、I、D的參數和輸出的上下限，然後是模擬量的輸出，程序中對模擬量輸出通道配置，輸出口配置爲AO0口，並配置輸出的最大最小值。經過程序運算後得到的數值送給伺服放大器的輸入端，驅動伺服閥，使液壓缸前進或後退，完成對電液伺服系統的位置控制。數據採集系統流程圖如圖4所示。

圖4 採集系統流程圖

數據採集時，前面板上配置有物理通道、模擬量輸入的最大、最小值，配置方式爲單端，並畫出數據採集的實時波形曲線。本實驗中實時數據採集的對象是位移傳感器的反饋值，這個值送入N1-6008數據採集卡的模擬量輸入端。採集系統子程序如圖5所示。

圖5 數據採集子程序框圖

結論

利用MATLAB/Simulink仿真提供的系統的可靠性驗證，準確的模擬了實際系統的工作狀態。LABVIEW可視化編程使得系統更加簡單操作方便。建模過程與仿真結果表明，對系統建立正確的數學模型並進行分析仿真，分析系統的動態特性，可以有效地預見系統的輸出，達到對系統工作狀態的瞭解，提高了設計和分析系統的效率，爲進一步控制系統，提高響應速度和控制精度奠定了一定的基礎。

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