基于MATLAB液壓系統設計與仿真

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西 南 交 通 大 學

本科畢業設計(論文)

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

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

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動的

總結

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