基于AMESim的長(zhǎng)管道伺服液壓定位系統(tǒng)仿真分析

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1、基于AMESim的長(zhǎng)管道伺服液壓定位系統(tǒng)仿真分析作者：高海龍摘要:本文利用液壓仿真軟件AMESim對(duì)長(zhǎng)管道伺服液壓定位系統(tǒng)進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果表明長(zhǎng)管道對(duì)伺服液壓定位系統(tǒng)的定位精度及其響應(yīng)速度有不可忽視的影響。液壓缸的定位精度隨著管道的長(zhǎng)度和管道直徑的增加而降低,響應(yīng)速度隨著管道長(zhǎng)度和直徑的增加而變慢。關(guān)鍵詞:AMESim;定位精度;液壓建模與仿真;響應(yīng)時(shí)間1引言伺服液壓定位系統(tǒng)具有定位精度高,響應(yīng)速度快等特點(diǎn),現(xiàn)已在各大型機(jī)械和生產(chǎn)線上廣泛應(yīng)用。隨著機(jī)械產(chǎn)品的自動(dòng)化程度的提高,產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高,伺服液

2、壓定位系統(tǒng)要求更加精確。尤其在某些特殊設(shè)備的定位液壓系統(tǒng)具有液壓管道長(zhǎng),同時(shí)要求定位精度高,響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。熔煉車(chē)間陽(yáng)極爐雙圓盤(pán)澆注系統(tǒng)多采用液壓驅(qū)動(dòng)。廢陽(yáng)極吊,頂起、預(yù)頂起還有中間包及澆注稱重設(shè)備等。其中澆注稱重設(shè)備(即電子秤)的液壓伺服系統(tǒng)最具代表性。電子秤工作的好壞直接關(guān)系陽(yáng)極板的質(zhì)量?jī)?yōu)劣,故對(duì)于電子秤油缸的動(dòng)作要求很?chē)?yán)格。油缸的定位及動(dòng)作響應(yīng)時(shí)間直接影響澆出銅水量。對(duì)于此類長(zhǎng)管道液壓系統(tǒng)來(lái)說(shuō),管道效應(yīng)對(duì)其定位精度和響應(yīng)速度的影響是不可忽視的。管道效應(yīng)的理論研究一直是人們所關(guān)注的,但由于管道的數(shù)學(xué)

3、模型復(fù)雜,給液壓系統(tǒng)考慮管道效應(yīng)的研究帶來(lái)很大的障礙。本文不以管道的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)CAMEO凱模CAE案例庫(kù),利用液壓仿真軟件AMESIM來(lái)考慮管道效應(yīng)。通過(guò)對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析,找出管道對(duì)伺服液壓定位系統(tǒng)的影響。www.cameo.org.cn2系統(tǒng)原理及其仿真模型2.1AMESIM軟件簡(jiǎn)介AMESim全稱為AdvancedModelingEnvironmentforPerformingSimulationsofEngineeringSystems,是法國(guó)IMAGINE公司開(kāi)發(fā)的高級(jí)工程系統(tǒng)仿真建模環(huán)

4、境,為流體、液體、氣體、機(jī)械、控制、電磁等工程系統(tǒng)提供一個(gè)較完善的綜合仿真環(huán)境。AMESim具有以下幾個(gè)特點(diǎn):(1)AMESIM是一個(gè)多學(xué)科領(lǐng)域的建模仿真平臺(tái),在統(tǒng)一的平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了多學(xué)科領(lǐng)域的系統(tǒng)工程的建模與仿真。不同領(lǐng)域的模塊之間直接的物理連接方式使AMESim成為多學(xué)科領(lǐng)域系統(tǒng)工程建模和仿真的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境。(2)AMESim具有豐富的模型庫(kù)用戶可以采用基本元素法,按照實(shí)際物理系統(tǒng)來(lái)構(gòu)建自定義模塊或仿真模型,而不需要去推導(dǎo)復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型。(3)AMESim采用變步長(zhǎng)變階數(shù)變類型魯棒性強(qiáng)的智能求解器,根據(jù)用戶

5、所建模型的數(shù)學(xué)特性自動(dòng)選擇最佳的積分算法,并根據(jù)在不同的仿真時(shí)刻的系統(tǒng)的特點(diǎn)動(dòng)態(tài)地切換積分算法和調(diào)整積分步長(zhǎng),以縮短仿真時(shí)間和提高仿真精度。(4)AMESim提供了豐富的與其他軟件的接口,比如控制軟件接口Matla、Adams,實(shí)時(shí)仿真軟件接口等?；谶@些優(yōu)點(diǎn),AMESim軟件已廣泛地被GM、Ford、LG、ZF、Bosch等公司采用,成為在汽車(chē)、液壓和航空航天等研發(fā)部門(mén)的理想選擇。2.2系統(tǒng)原理圖本文以某生產(chǎn)線上伺服液壓定位系統(tǒng)為研究對(duì)象。該液壓系統(tǒng)具有連接管道長(zhǎng),定位精度高,穩(wěn)定性要求好,響應(yīng)速度要求

6、快等特點(diǎn)。其原理如圖1所示。1.定位液壓缸;2.位移傳感器;3.伺服閥CAMEO凱模CAE案例庫(kù)圖1定位液壓原理圖2.3基于AMESIM仿真模型的建立利用AMESim軟件建模仿真分以下四步www.cameo.org.cn:(1)元件選擇及連接。該軟件本身帶有常用的液壓元件,建模時(shí),按要求將所需元件調(diào)進(jìn)系統(tǒng)界面,根據(jù)液壓系統(tǒng)原理連線。若所需元件并不包含在軟件元件庫(kù)中時(shí)可通過(guò)自己建立元件模型。本系統(tǒng)中所有元件均為軟件元件庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)元件。(2)為所有元件選擇元件子模型?？紤]到液壓系統(tǒng)應(yīng)用的場(chǎng)合不同,AMESim

7、軟件中所有元件均有幾種子模型可供選擇。建模時(shí)根據(jù)系統(tǒng)的具體要求選擇相應(yīng)的子模型。(3)仿真參數(shù)的設(shè)定。根據(jù)系統(tǒng)的工作參數(shù)設(shè)定仿真參數(shù)。(4)設(shè)定仿真時(shí)間及步長(zhǎng)進(jìn)行仿真。按照AMESIM軟件的建模方法進(jìn)行模型的建立。選擇并連接各元器件后,在選擇子模型時(shí),由于本文主要研究長(zhǎng)管道對(duì)伺服液壓定位系統(tǒng)的影響,伺服閥跟液壓缸連接管道的子模型需要選擇分布式參數(shù)管道的子模型HL10,該子模型能將管道效應(yīng)對(duì)液壓系統(tǒng)的影響反應(yīng)出來(lái),其他元器件則按默認(rèn)選擇。建立的仿真模型如圖2所示。仿真模型中各元件參數(shù)設(shè)定如表1。CAMEO凱

8、模CAE案例庫(kù)www.cameo.org.cn3仿真結(jié)果及其分析本文主要研究管道對(duì)伺服液壓定位系統(tǒng)的定位精度、響應(yīng)時(shí)間和系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。通過(guò)設(shè)定信號(hào)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析。仿真結(jié)果如下:圖3考慮管道效應(yīng)與不考慮管道效應(yīng)時(shí)液壓缸位移差圖3為考慮管道效應(yīng)和未考慮管道效應(yīng)的液壓缸定位差,由圖可知管道效應(yīng)對(duì)液壓系統(tǒng)的定位精度主要是在液壓閥動(dòng)作以及液壓缸達(dá)到設(shè)定值后關(guān)閉液壓閥閥芯時(shí)產(chǎn)生影響。由圖中可知,當(dāng)液壓缸位移達(dá)到設(shè)定值時(shí)液壓缸處于震