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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
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目 录
第1章 绪论 ......................................................................................................................... 1
1.1液压电梯的发展概况 ............................................................. 错误!未定义书签。
1.1.1 国外液压电梯的发展简况 ......................................... 错误!未定义书签。 1.1.2 国内液压电梯的发展简况 ......................................... 错误!未定义书签。 1.2 液压电梯工作原理概述 ........................................................................................ 1 1.3 液压电梯的技术特点 ............................................................................................ 2
1.3.1 液压电梯的性能要求 ................................................................................. 2 1.3.2 液压电梯的优点 ......................................................................................... 2 1.3.3 液压电梯的缺点 ......................................................................................... 3 1.4 本论文的选题意义及研究内容 ............................................................................ 3
1.4.1 本论文的选题意义 ..................................................................................... 3 1.4.2 本论文的研究内容 ..................................................................................... 4
第2章 液压电梯的液压系统设计 ..................................................................................... 6
2.1设计背景及工况分析 ............................................................................................. 6 2.2 液压系统设计 ........................................................................................................ 7 2.3 液压缸的设计 ........................................................................................................ 9
2.3.1 同步伸缩液压缸的工作原理 ..................................................................... 9 2.3.2 同步伸缩缸的参数计算 ........................................................................... 10 2.3.3 缸盖和活塞头设计 ................................................................................... 14 2.3.4 柱塞缸和各级活塞缸的长度计算 ........................................................... 17 2.3.5 液压缸的密封 ........................................................................................... 19 2.4 泵和电机的选择 .................................................................................................. 20
2.4.1 泵排量的计算 ........................................................................................... 20 2.4.2 电机的选择 ............................................................................................... 20 2.5 液压管路的设计 .................................................................................................. 21
2.5.1 管路内径的选择 ....................................................................................... 21 2.5.2 管道壁厚计算 ........................................................................................... 22 2.6 油箱设计 .............................................................................................................. 22 2.7 过滤器的设计 ...................................................................................................... 23 2.8 阀的选择 .............................................................................................................. 23
2.8.1 单向阀的选择 ........................................................................................... 23 2.8.2 电磁溢流阀 ............................................................................................... 23 2.8.3 节流阀 ....................................................................................................... 23 2.9 本章小结 .............................................................................................................. 24 第3章 电梯液压系统模型的建立 ................................................................................... 25
3.1电梯上行的数学模型 ........................................................................................... 27
3.1.1 泵的数学模型 ........................................................................................... 27 3.1.2 单向阀的数学模型 ................................................................................... 28 3.1.3 比例流量阀的数学模型 ........................................................................... 28 3.1.4 液压桥的数学模型 ................................................................................... 30 3.1.5 液控单向阀的模型 ................................................................................... 31
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3.1.6 液压缸的数学模型 ................................................................................... 31 3.1.7 系统上行的模型 ....................................................................................... 34 3.2 电梯下行的数学模型 .......................................................................................... 35 3.3 本章小结 .............................................................................................................. 37 第4章 电梯液压系统的动态仿真 ................................................................................... 38
4.1 simulink简介 ..................................................................................................... 38 4.2电梯上行时液压系统的仿真分析 ....................................................................... 39
4.2.1 供油子系统的仿真模型 ........................................................................... 40 4.2.2 液压桥和液控单向阀组成调整子系统的仿真模型 ............................... 40 4.2.3 三级同步液压缸构成运行系统的仿真模型 ........................................... 41 4.3 电梯上行液压系统的仿真 .................................................................................. 45
4.3.1 电梯上行液压缸的速度曲线 ................................................................... 46 4.3.2 电梯上行液压缸的位移仿真曲线 ........................................................... 48 4.3.3 电梯上行液压缸各级缸筒压力仿真曲线 ............................................... 48 4.4 本章小结 .............................................................................................................. 49 第5章 电梯液压系统的PID控制 ................................................................................... 50
5.1 PID控制原理 ....................................................................................................... 51 5.2 位置PID控制算法 .............................................................................................. 52 5.3 数字PID控制算法的该进 .................................................................................. 53 5.4 液压电梯液压系统的PID控制器的设计与仿真 .............................................. 55
5.4.1 PID控制器设计 ........................................................................................ 55 5.4.2 采样周期的确定 ....................................................................................... 56 5.4.3 PID控制器参数整定 ................................................................................ 57 5.4.4 电梯液压系统PID控制器仿真 ............................................................... 57 5.5 本章小结 .............................................................................................................. 63 结论与展望 ........................................................................................... 错误!未定义书签。 致 谢 ................................................................................................... 错误!未定义书签。 参考文献 ............................................................................................... 错误!未定义书签。
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毕业设计(论文)-基于MATLAB的液压系统的设计与仿真
