基于AMESim和Simulink的液压伺服系统动态仿真_图文

1、基于AMESim 和Simulink 的液压伺服系统动态仿真万理想,丁保华,周洲,徐军(中国矿业大学机电工程学院,江苏徐州221008摘要:提出了基于AMESim 和Simulink 的液压伺服系统进行动态仿真的方法。以阀控液压缸为例,建立液压系统的动态数学模型,给出了仿真模型,详细介绍了如何利用AMESim 和Simulink 对液压系统动态特性进行仿真,同时分析了影响液压系统动态特性的主要因数。关键词:AMESim ;Simulink ;液压伺服系统;仿真中图分类号:TP391文献标志码:A 文章编号:100320794(20070920040203Study on Dynamical S

2、imulation of H ydraulic Servo System B ased onAMESim and SimulinkWAN Li -xiang ,DING B ao -hu a ,ZH OU Zhou ,XU Jun(C ollege of Mechanical and E lectrical Engineering ,China University of M ining and T echnology ,Xuzhou 221008,China Abstract :Methods to dynamical simulate a hydraulic serv o system b

3、ased on the s oftware are AMESim and Sim 2ulink is presented.The dynamical mathematic m odels of hydraulic system are established by cylinder controlled on valve.Present the simulation m odels and introduce the method to simulate the dynamical characteristics of the hydraulic system with AMESim and

4、Simulink in detail.Meanwhile ,analyse the key factors of affecting the dynamical characteristics of hydraulic system.K ey w ords :AMESim ;Simulink ;hydraulic serv o system ;hydraulic simulation0前言随着液压系统的大型化,复杂性的不断提高,传统的利用积分和微分方程建模进行的动态仿真已经越来越不能满足要求了。液压系统的动态响应特性是评价液压系统优劣的重要因素,所以准确地对液压系统的动态仿真对于改进液压系统的

5、设计,提高液压系统的可靠性具有重要的意义。Matlab 语言集科学计算、自动控制、信号处理等功能于一体,是具有较高的编程效率的软件。Mat 2lab 所提供的Simulink 是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件,利用它可以方便地对液压系统仿真,与传统的建模仿真方法相比,具有直观、方便、灵活的特点。AMESim 是由法国I MAI NE 公司开发的1套高级仿真软件。AMESim 是一个鲁棒性极强的智能求解器,能够根据所建模型的数学特性自动选择最佳的积分方法,根据不同的仿真时刻特点动态地调整积分算法和调整积分步长以缩短仿真时间和提高仿力下降10%20%,由此说明安耐驰确实起到了减小摩擦

6、的作用。加入安耐驰后,在马达供液压力为0.60.7MPa 、转速约1500r min 时进行试验,滑靴的平均磨损约0.8m h 。图3加注安耐驰前、后马达内部状况3结语(1通过实验发现加入安耐驰的水具有良好的附壁性能和润滑性能。(2通过理论分析渗流滴注的可行性,经试验找到了合理的渗流滴注方法和滴注的速度,实现了乳化液马达使用安耐驰的定点润滑,改善了马达部件的润滑状况,解决了乳化液马达润滑性能差的缺点,延长了马达的使用寿命。参考文献:1阎小康,张景松,王利军,等.液动瓦斯吹排风机及性能试验方法J .煤炭科学技术,2006(1:88-90.2郭楚文,等.工程流体力学M.徐州:中国矿业大出版社,20

7、02.3张景松.流体机械M.徐州:中国矿业大出版社,2001.作者简介:高涛(1979-,安徽砀山人,中国矿业大学建筑工程学院教师,从事建筑环境与设备工程专业的教学与研究,机电工程学院在读硕士,流体机械及工程专业,电话:0516-*,电子信箱:gaotao cum .收稿日期:2007204222第28卷第9期2007年9月煤矿机械C oal Mine Machinery真的精度。另外,AMESim 是一个开放的结构,能与Matlab 、Adam 等软件进行联合仿真。1液压系统数学模型的建立液压系统为摩擦衬垫试验机的提升调速系统。根据图1所示的电液伺服阀所构成的一个闭环系统,建立以下数学模型

8、。图1阀控液压缸示意图11位移传感器21电磁铁以滑阀作为研究对象,由流量连续性方程得Q 1=A d y d t +V 0d p 1d t +L m p L +L 0p 1(1Q 2=-A d y d t +V 0d p 2d t -L m p L +L 0p 2(2式中A 活塞的有效面积,m 2;V 0两腔的平均容积,V 0=2V 1V 2(V 1+V 2;L m 执行元件的内泄漏系数,m 3(s Pa ;L 0系统的外部泄漏系数,m 3(s Pa ;p L负载压差,p L =p 1-p 2。由四通滑阀的流量特性Q 1=K q x -K L p 1(3Q 2=-(K q x +K L p 2(

9、4式中K q 滑阀在稳态工作点附近的流量增益,m 3(s m ;x 阀芯的位移,m ;K L 滑阀在稳态工作点附近的流量压力系数,m 3(s Pa 。把式(1式(4联立得K q x -K L p 1=A d y d t +V 0d p 1d t +L m p L +L 0p 1(5K q x +K L p 2=A d y d t -V 0d p 1d t+L m p L -L 0p 1(6由式(5和式(6相加得K q x =Ad y d t +V 02d p Ld t+K m p L (7式中K m 系统的泄漏系数,K m =(L m +L 0+K L2,m 3(s Pa 。以活塞作为研究对象

10、,根据活塞上的力平衡得A P L =m d 2y d t 2+B d yd t +F(8式中m 活塞及负载的总质量,kg ;B 活塞和负载的黏性阻尼系数,N s m;F 外负载力,N 。联立式(7、式(8经拉氏变换整理得K q A X =s (s 22h +2h s +1Y +FA 2(K m +V 02s (9式中2h 液压系统谐振频率,2h =2K m BV 0m+2A2V 0B2A2V 0m,rad s ;阻尼系数,=h 2(V 0B 2A 2+K m mA2。阀芯位移方程X =(U i -K H Y K a K sy K q (10式中U i 输入电压,V ;K H 反馈增益,V m

11、;K a 电气转换增益,mA V ;K xy 滑阀主芯运动对输入的增益,K sy =1s22mf+2mfmf +1,m mA ;K q 滑阀的流量系数,m 3s mA 。2仿真模型与分析(1根据式(9和式(10得到图2所示的方块图,同时利用Simulink 建立液压模型,仿真参数如表1所示。图2液压系统方块图表1仿真参数K q K a K H K m V 0mfmfm B F A30010104e -082e -0310e +066006002e -03 1.2e +042e -02当增益K a =10时,得到如图3所示液压缸实际位移与期望值的关系。当增益K a =30时,得到图4所示的液压缸

12、实际位移与期望值的关系。比较图3与图4发现,当增 大增益时,系统的响应速度也在相应地提高,动态跟踪误差也减少了,但是系统出现了振动。提高液压油的弹性模量,可以减小系统的振动。在利用Simu 2link 进行仿真时,突显不出蓄能器的作用,如果加入,传递方程会变得很复杂 。图3液压缸位移与期望值的关系(K a =10 图4液压缸位移与期望值的关系(K a =30(2利用AMESim 软件建模如图5所示,根据表2设置各元件的参数 。图5AMES im 仿真图表2元件参数0500.5S 1s5100.50.81030S 2/N 12000K 310K 4300当K 4=600,得到液压缸活塞杆实际位移

13、与期望值的关系,如图6和图7示,分析曲线可知,当增益K 4增加,系统的响应速度也响应的增加,同时也带来了相应的问题20s 后,曲线出现了超调现象,系统存在着明显的振荡,不稳定。在液压缸的参数设置中,有这样1个参数死区体积(Dead V olume 。死区的油量越大,油液的可压缩性就越明显,系统就越不稳定。在默认情况下,该值为60cm 3;如果把死区体积改为15cm 3,得到液压缸活塞杆实际输出位移与期望值。分析曲线,系统的振荡就明显变小。可见,改变液压缸的死区体积也是减小液压缸振动的一个方法。在Simulink 中很难体现死区体积对整个系统的影响,与AMESim 相比这也是一个不足之 处。图6

14、死区面积为60cm 3时的曲线(K 4 =600图7死区面积为15cm 3时的曲线(K 4=600蓄能器在系统中作为泵的辅助能源,也是系统吸收振动的元件。在没有蓄能器的情况下,如果在增益K 4的适当范围内,系统能够达到性能的要求,但在相同的条件下,与有蓄能器相比,系统就会出现明显的振动,稳定性不够。所以在系统中安装蓄能器是非常有必要的。3结语利用AMESim 和Simulink 对液压伺服系统的模拟仿真,这2个软件都直观地、方便地反映了系统工作的动态特性。其主要步骤:设计液压动态模型,其次是建立仿真模型,最后设定参数并进行动态的仿真。Simulink 为用户提供了方块图作为进行建模的接口,可以设置任何与系统相关的参数;而AMESim 为用户提供的图形作为建模的接口,更能直观地反应一个元件,这比Simulink 简化了模型,也简化了参数设置的麻烦,但是只能修改软件所提供的参数设置。本文如果把速度作为输出量,在AMESim 的模型中就可以加入一个与Simulink 联合的借口,就可以利用Simulink 编写PI D 程序,精简了模型,这样有机地把2个软件结合在一起,仿真的效果会更好。参考文献:1李福义.液压技术与液压伺服系统M.哈尔滨:哈尔滨船舶工程学院出版社,1992.2石红雁