基于Simulink的液压伺服系统动态仿真_李自光

第 2卷第 1期 2 0 4年 1月

中国工程机械学报 (升】 M欧正 J O )盯 R tJ〔) N M叭 C HIN E RY[爪 NAL F O仪N叮1

.

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.

l n i基于 iS m u

k

的液压伺服系统动态仿真李自光游张平,

(长沙理工大学汽车与机械工程学院湖南长沙,

1 0 4

76 )

:摘要提出了利用 S i m曲 n k软件包对液压伺服系统进行动态仿真的方法介绍了 iS,,

.

mi l u

k软件包的特点并以 nm山i n k

,

S阀控液压缸为例建立了液压伺服系统的动态模型给出了该系统的仿真模型详细介绍了如何利用 i,.

对,

液压系统的动态特性进行仿真同时较详细地讨论了影响液压伺服系统动态特性的主要因素仿真结果表明S im u l in k

方法是对液压伺服系统的动态特性进行仿真的一条有效途径液压伺服系统;动态特性;液压建模;仿真:

.

关键词

:

中图分类号

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i m u l a t io n

液压控制系统常用于动态场合在这类场合对指令的响应

必须是可控制的而且往往要能够遵循预

,

,

,

定的运动

一

时间轨迹对于液压系统的设计者仅仅知道所拟用的系统能够驱动负载从一种状态运动到另,,,,.

.

,

一种状态是不够的还要重视介于这两种状态之间的时域轨迹知道系统的响应是否稳定响应速度是否

足够快或过快以及响应是否振荡为此建立系统的数学模型对液压控制系统进行动态分析是必要的,

,

,

.

随着液压系统逐渐趋于复杂和对液压系统仿真要求的不断提高传统的利用微分方程和差分方程建模进行动态特性仿真的方法已经不能满足需要、、,、,.

N几d a b

作为一种面向科学与工程计算的高级语言集科学计. .

,

n己Ik b所提供的 S ir算自动控制信号处理等功能于一体具有极高的编程效率同时随 d a n是一个用来对动

态系统进行建模仿真和分析的软件包利用该软件包可以方便地对液压系统的动态特性进行仿真S m u i i k是实现动态系统建模 l n,、,,,

仿真的一个集成环境它为用户提供了用方框进行建模的图形接口,、、

,

包括了众多线性和非线性等环节并可方便地扩展使得系统的构建容易适合于液压系统中普遍存在的非线性问题的求解与传统的仿真软件包用微分方程和差分方程建模相比具有更直观方便灵活的优.

:一作者简介李自光 ( 1 95 5 )男湖南邵阳人教授,,

,

.

第1期

: l n u李自光等基于 iS m i k的液压伺服系统动态仿真,

l点用 iS m u

.

in k

创建的模型可以具有递阶结构因此可采用从上到下或从下到上的结构创建复杂系统的,.

,

仿真模型

.

e l in定义模型后可通过 iS m u t a l b的命令窗口对它进行仿真采用段叩等图形模块在 k的菜单或 M a

,

仿真进行的同时就可以观看到仿真结果仿真结果还可以存放到 Ms m iu i l,.

,

,

t la a b

的工作空间中做事后处理由于,

.

t la b是集成在一起的因此可以通过编程手段实现对仿真过程和仿真结果的控制与处理 n和 Ma k一具有比目前通用仿真软件更大的灵活性〔l 3 3

液压系统数学模型的建立:对于如图 1所示的机液伺服控制系统以四通滑阀为研究对象可建立其流量特性方程,,

Q,·

=

k声 1

一

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(1)

: s 1;

式中 Q为负载流量时称为滑阀在稳态 s 1;工作点附近的流量增益时 l为阀芯位 x,·

一

一

移 m;九为负载压降 M

,

,

pa,

;

气为滑阀在稳态工·

作点附近的流量压力系数时,

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·

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一

’

.

考察液压缸连续方程由可压缩流体连续性方程经推导可得Q一,

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:;式中 A为活塞有效面积时;y为活塞位移 m a s’; 0为 V m为液压缸的总泄漏系数衬 M p k,·

一

1

机械阀控液压缸示慈图h y da ru

两个油腔的总体积衬;口为有效液体体积弹性

,

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模数

,

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.

m

一

2

.

考察液压缸和负载的力平衡方程忽略库仑摩擦等非线性负载和油液的质量根据牛顿第二定律有d Zy.

,

,

。

dy

.

。

即:式中 m为活塞及负载的总质量 k g;,

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B

为活塞和负载的粘性阻尼系数 N

m

一

’;

fF为作用在活塞上的任

意外负载力 N从图1

,

.

操纵杆位置的几何关系可得运动中阀开x,

,

口量方程:a

b=

式中

: a

,

b

为操纵杆被支点分成的两段长度 (如图所示 ) m=_,

一a

一

+

b

一一下创口+

b

(4 )

,

对式 ( l )一 (4 )进行拉氏变换得Q_.

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,

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,

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,

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,

,

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考虑实际模型参数

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第

2

卷

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为液压系统固有频率ZKm

,

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泞为系统阻尼系统

,

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.

2

仿真模型的建立据式 ( 8 ) ( 9 )所示的方程即可得到图、

2所示的方框图根据这个框图即可以得到用于 i S mi l u

.

n

k

仿真

的“真模型图中 F ( S,

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k包含很多模块、

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-

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K;

(连接模块 )每个模块里面又包含很多子模块利 s,,

b

G (S)

用这些模块可以很方便地把图 2所示的方框图转化成

如图 3所示的仿真模型为了仿真方便模型中各参数进行初始化参数的选取如表 1所示图 3中输人源子,.

共图F ig 2.

a十n

模块对应于图.

2的 X

,

本仿真模型输人源取为阶跃信a

2

液压系统方框图a u

号 5个增益子模块分别代表图 2中的 b/ (

十

b

)

,

a

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,

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,

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.

2

中的求和符号相对应常量子模块对应于图 2中,.

[的 F f微分子模块对应于图 2中的 5示波器为显示子模块用于显示仿真结果’]G a in 3+

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30

0 21

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3

系统仿真5基于上述仿真模型采用刚性系统的 e d己 3求解器进行仿真计算对此机液伺服系统的工作过程进,.

S mu l行了仿真在 i.

.

in k

S mu t l a软件界面上选择 i

o i

n

t的 Sa,

t r

选项就可以得到图 3所示模型的仿真结果如. .

,

,

图 4所示从图中可以清晰地看出系统在阶跃输人下最初有一个振荡大约经历 0 6

5

以后

,

系统的响应

第

l

期,

S m山n光等:基于i李自 k的液压伺服系统动态仿真,

逐渐稳定但是仍然有轻微的振荡直至 0 8 1 8 4s mu l利用 iin k,

,

.

5

才完全稳定.

.

对液压系统进行动态仿真还可以考察系统的参数对1

à`八” n`八 U,,ù` U n、、八 U

O -0

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其动态特性的影响为液压系统的优化设计提供依据在表.

的基础上

个别参数改变以后的动态仿真结果见图 5把图 5的结果和图 4进行比较,

考察系统的参数变化对其动态特性的影响,.

.

(1 )从图 a 5可以看出当阻尼系数泞增大以后系统响应明显变, .

,

快在0,

,

11 6

5 9

5

就已经完全稳定说明系统在高阻尼情

况下的动态特,、、,,

,

02

04

0 6/s

0名

系统仿真时间

性要优于低阻尼时的动态特性一般都能使阀缸管路的内外漏损提高有时甚至在活塞上打孔增加内漏但是这样做会增加能量损失降.

图4F ig 4

动态仿真结果f dy o7。 h5

低系统刚度增加系统误差,,,

,

.

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u

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1 )从图 s b可以看出当。 h提高以后系统动态响应也明显变快在 t= 0 0 9 (2 h稳定且振荡幅度很小说明提高。可以提高系统的稳定性根据公式 ( 10 )增加,,,.

处系统就已完全,

,

可有如下方法:①.

增加活塞有效作用面积 A这样会使流量增加系统功率储备要增加系统功率不大时常用此法并且由于。 h.

.

,

.

提高系统开环增益提高有利于提高系统精度但在大功率情况不合算能量损失太多②减少,,,.

,

,

.

,

O尽量缩短阀至油缸间距离作成一体更好尽量去掉油缸没有用的行程空间缩短缸腔长度③ V负载决定无法更动但是在计算中混人空气避免使用软管,,.

m

由

,

,

,

m时应包括管路油液的折算质量

,

.

月也不太好变动但要小自防止油.

,

。 5 5可以看出当 K减小时系统响应也明显变快在 t= 0 2 2 5 9就已经完全稳定说明系 ( )从图 c 3。统在低流量增益情况下的动态特性要优于高流量增益的动态特性一般地系数 K中含有面积梯度。 (圆,,,,,

柱滑阀。

t= 7

d

。 )可把阀口作成三角槽式圆型式等这样在零位时 K小有利于系统稳定而阀芯位移.

、

,

,

,

,

增加

,

凡也变大有利于提高系统精度,,、

,

.

(4 )从图

s d可以看出系统稳定后活塞的位移随着结构参数,

a

与

b的比值变化而变化.

,

通过改变

a

与 b的长度便可满足远近距离负载的工作要求从而大大地扩大系统的工作范围03 0ù1八 U, .1ó .一工曰ù n乙`、 U n n

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5

参数变化对系统动态特性的影响t wh it he

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第

卷

总之要想提高系统的响应速度应从以上几个方面着手考虑但同时也应考虑系统的精度要求及工

,

,

.

作效率

.

4

结论: i m i从对液压系统进行动态仿真的过程可以看出 S l u,,

n

k可以直接根据系统的数学模型来构造仿真模,,

型无需编制复杂的程序极大地提高了编程效率;直接利用数学模型进行仿真简单而又可靠直观而又

逼真;在设计真实的系统前进行仿真通过调整不同的参数观察曲线的变化可知道各参数对系统的影响有利于选择优化参数设计出合理的系统降低了设计成本大大地缩短了设计周期提高产品性能增强产品竞争力;通过对已有的系统进行仿真可以评价系统的特性找出影响系统性能的关键参数从而提出合理的改进方案提高产品工作性能增强产品的市场亲合力,、,,,.

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

: n k软件包进行仿真是对液压系统进行动 l i从对液压系统进行动态仿真的结果可以看出利用 iS m u

,

态仿真的一条行之有效的途径不仅具备方便直观的优点而且仿真结果准确可靠:

、

.

参考文献〔l]

M」北京:人民交通出版社颜荣庆李自光贺尚红现代工程机械液压与液力系统基本原理故障分析与排除【,,.

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0

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一

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—`.

S m山 n i k

M〕西安:西北工业大学出版社【

.

19 9 8

窄眨,·

角夕郎护两夕. .

.

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,

兄币,

日笼币,龟e鱼鱼坦戏夕马坦` .

下期部分文章摘要预报

·

全液压挖掘机分工况转速感应控制刘顺安王,,

辉游善兰,

,

为使挖掘机适应不同作业和使用工况满足各种工程需要提出了对挖掘机进行分工况转速感应控制用传递函数分析法研究系统稳定性用状态空间法建立动态仿真的数学模型进行计算机仿真结果表明本控制系统可以实现多挡可选的动力模式每挡功率下可以实现发动机的转速感应控制,.

,

.

液压同步连续滑移系统的同步控制算法刘彦伯乌建中张,,

玄,

液压同步连续滑移技术是为解决大型构件移位安装问题而产生的一门新兴施工技术该技术的核心是同步性控制分析了一种计算机控制液压同步连续滑移的同步控制算法后通过实际应用验证了该算法的有效性和可操作性. .

—

双限幅 I P D控制算法最

,

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/8ni1.html