基于MATLAB液压系统设计与仿真

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西 南 交 通 大 学

本科毕业设计(论文)

基于MATLAB的液压系统的设计与仿真

摘 要

液压电梯是现代社会中一种重要的垂直运输工具，由于其具有机房设置灵活、对井道结构强度要求低、运行平稳、载重量大, 以及故障率低等优点, 在国内外中、低层建筑中的应用已相当普遍。液压电梯是集机、电、液一体化的产品，是由多个相互独立又相互协调配合的单元构成，对液压电梯的开发研究涉及机械、液压及自动控制等多个领域。

本文在对液压电梯的实际工作情况做了详细分析后，假定了一个电梯具体的工作条件(包括电梯的最大负载和运行速度等)，选定电梯轿厢的支承方式为双缸直顶式、支承液压缸为三级同步液压缸，并设计了满足条件的电梯液压系统。然后根据电梯的工作条件和已设定参数，对各个液压元件进行了设计计算。最后结合实际的情况和一些具体的产品，对液压元件的型号和尺寸的进行了确定。

在此基础上，本文对电梯液压系统进行了数学模型的建立，在建模过程中采用拓扑原理建立系统的数学模型，即先根据系统的总体结构建立液压系统的拓扑结构图，将系统分成若干个可以独立的子系统，然后再分别建立每个子系统的数学模型，最后再根据拓扑结构组合成整个大系统的数学模型。在建立了系统数学模型后，对液压系统进行了仿真分析，得到了系统的速度、压力和位移曲线，这就更直观的反应了系统的运行过程。

根据仿真结果分析，液压缸在运行过程中速度振动较大，本论文将PID控制算法加入到系统中，采用积分分离PID控制方法对本液压系统进行了仿真分析，结果显示加入PID控制方法后系统稳定性得到了提高，具有良好的工作性能。

关键词：液压电梯;双缸直顶式;三级同步液压缸;动态仿真;PID控制

目 录

第1章 绪论1

1.1液压电梯的发展概况1

1.1.1 国外液压电梯的发展简况1

1.1.2 国内液压电梯的发展简况2

1.2 液压电梯工作原理概述2

1.3 液压电梯的技术特点4

1.3.1 液压电梯的性能要求4

1.3.2 液压电梯的优点4

1.3.3 液压电梯的缺点5

1.4 本论文的选题意义及研究内容5

1.4.1 本论文的选题意义5

1.4.2 本论文的研究内容6

第2章 液压电梯的液压系统设计8

2.1设计背景及工况分析8

2.2 液压系统设计9

2.3 液压缸的设计10

2.3.1 同步伸缩液压缸的工作原理10

2.3.2 同步伸缩缸的参数计算11

2.3.3 缸盖和活塞头设计15

2.3.4 柱塞缸和各级活塞缸的长度计算18

2.3.5 液压缸的密封20

2.4 泵和电机的选择21

2.4.1 泵排量的计算21

2.4.2 电机的选择21

2.5 液压管路的设计22

2.5.1 管路内径的选择22

2.5.2 管道壁厚计算23

2.6 油箱设计23

2.7 过滤器的设计24

2.8 阀的选择24

2.8.1 单向阀的选择24

2.8.2 电磁溢流阀24

2.8.3 节流阀24

2.9 本章小结25

第3章 电梯液压系统模型的建立26

3.1电梯上行的数学模型28

3.1.1 泵的数学模型28

3.1.2 单向阀的数学模型29

3.1.3 比例流量阀的数学模型29

3.1.4 液压桥的数学模型31

3.1.5 液控单向阀的模型32

3.1.6 液压缸的数学模型32

3.1.7 系统上行的模型35

3.2 电梯下行的数学模型36

3.3 本章小结38

第4章 电梯液压系统的动态仿真39

4.1 simulink简介39

4.2电梯上行时液压系统的仿真分析40

4.2.1 供油子系统的仿真模型41

4.2.2 液压桥和液控单向阀组成调整子系统的仿真模型41

4.2.3 三级同步液压缸构成运行系统的仿真模型42

4.3 电梯上行液压系统的仿真46

4.3.1 电梯上行液压缸的速度曲线47

4.3.2 电梯上行液压缸的位移仿真曲线49

4.3.3 电梯上行液压缸各级缸筒压力仿真曲线49

4.4 本章小结50

第5章 电梯液压系统的PID控制51

5.1 PID控制原理52

5.2 位置PID控制算法53

5.3 数字PID控制算法的该进54

5.4 液压电梯液压系统的PID控制器的设计与仿真56

5.4.1 PID控制器设计56

5.4.2 采样周期的确定57

5.4.3 PID控制器参数整定58

5.4.4 电梯液压系统PID控制器仿真58

5.5 本章小结64

结论与展望65

致 谢67

参考文献68

第1章 绪论

1.2 液压电梯工作原理概述

液压电梯作为除电动电梯之外的另外一个电梯种类，其工作原理和曳引电梯有很大的不同。液压电梯是通过电力驱动的