針對(duì)液壓驅(qū)動(dòng)物理仿真系統(tǒng)建模與特性分析

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1、學(xué)兔兔www.xuetutu.com液壓驅(qū)動(dòng)物理仿真系統(tǒng)建模與特性分析田魁岳’，劉艷梅(1．天津鼎成高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)有限公司；2．天津航海儀器研究所)摘要：液壓驅(qū)動(dòng)物理仿真系統(tǒng)是集機(jī)、電、液、儀、計(jì)算機(jī)于一體的高新技術(shù)產(chǎn)品，可以為浮動(dòng)坐標(biāo)系中使用的設(shè)備、裝置提供裝機(jī)前的陸上模擬試驗(yàn)平臺(tái)，并能提供空間姿態(tài)真值，同時(shí)也可用于人員培訓(xùn)工作。通過系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立，確定系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定性及響應(yīng)特性分析，選擇合理的校正網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定和較好的響應(yīng)特．陛。它對(duì)于浮動(dòng)坐標(biāo)系中使用的設(shè)備、裝置的研制，起到節(jié)約研制經(jīng)費(fèi)，縮短研制周期的作用。關(guān)鍵詞：液壓驅(qū)動(dòng)；仿真；浮動(dòng)

2、坐標(biāo)系；校正；自由度液壓驅(qū)動(dòng)物理仿真系統(tǒng)是集機(jī)、電、液、儀、計(jì)算1系統(tǒng)組成和控制原理機(jī)于一體的高新技術(shù)產(chǎn)品，可以為車輛、船舶、潛艇、飛機(jī)、航天飛行器等浮動(dòng)坐標(biāo)系中使用的設(shè)備、裝置搖擺臺(tái)主要由機(jī)械臺(tái)體、液壓伺服系統(tǒng)、控制提供裝機(jī)前的陸上模擬試驗(yàn)平臺(tái)，并能提供陸試模擬系統(tǒng)、測(cè)角傳感器等組成。搖擺臺(tái)機(jī)械臺(tái)體布置詳平臺(tái)的空間姿態(tài)真值。同時(shí)也可用于人員培訓(xùn)工作。見圖1。它對(duì)于浮動(dòng)坐標(biāo)系中使用的設(shè)備、裝置的研制，起到工作原理：搖擺臺(tái)的搖擺運(yùn)動(dòng)是由電液伺服節(jié)約研制經(jīng)費(fèi)，縮短研制周期的作用。系統(tǒng)，采取閉環(huán)控制原理控制實(shí)現(xiàn)的，整個(gè)系統(tǒng)液壓驅(qū)動(dòng)物理仿真系統(tǒng)可分為并聯(lián)、串聯(lián)兩種可稱為電液位

3、置伺服系統(tǒng)。系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)控制系方式，自由度從單自由度到六自由度不等。本文以統(tǒng)、伺服放大器、電液伺服閥、液壓缸、機(jī)械臺(tái)體、某型二自由度液壓搖擺臺(tái)為例對(duì)系統(tǒng)的模型確定測(cè)角傳感器等組成。圖2是閥控缸位置伺服系統(tǒng)和特性分析予以說明。原理圖。1．軸承座2．外環(huán)3．內(nèi)環(huán)4．負(fù)載5．軸系和測(cè)角傳感器6．橫搖液壓缸7．縱搖液壓缸圖1搖擺臺(tái)機(jī)械臺(tái)體總圖一38—學(xué)兔兔www.xuetutu.com圖2閥控缸位置伺服系統(tǒng)原理圖搖擺臺(tái)的運(yùn)動(dòng)是由位于轉(zhuǎn)動(dòng)軸線一側(cè)的伺服它的大小隨角度的變化而變化，等效于一個(gè)彈性負(fù)液壓缸來驅(qū)動(dòng)，液壓缸的端部通過球鉸分別連到相載；同時(shí)，內(nèi)環(huán)在搖擺過程中還受到一個(gè)恒定

4、摩擦應(yīng)的環(huán)體上。通過測(cè)角傳感器測(cè)量機(jī)械臺(tái)體搖擺的力矩的作用，方向和運(yùn)動(dòng)方向相反。慣性力矩、恢復(fù)角度0(圖3)，并將該角度轉(zhuǎn)換成與之成比例的電壓力矩、摩擦力矩分別轉(zhuǎn)換成慣性力、彈性力、摩擦力M反饋到控制系統(tǒng)的輸入端，與輸入電壓進(jìn)行比作用到液壓缸的輸出端，與液壓缸的主動(dòng)力相較，產(chǎn)生差值信號(hào)e，經(jīng)伺服放大器放大后輸出控制平衡。電流i，加到電液伺服閥，改變電液伺服閥的輸出流液壓缸與負(fù)載的力平衡方程為：量，而后通過液壓缸活塞輸出位移推動(dòng)臺(tái)體Fg=A(pn)=++K+(1)向著消除誤差的方向運(yùn)動(dòng)。改變輸入信號(hào)的極性，式中：液壓缸產(chǎn)生的主動(dòng)力，N；可改變伺服閥輸出流量的方向，以致改

5、變液壓缸和A一液壓缸活塞有效面積(對(duì)稱液壓缸，兩機(jī)械臺(tái)體的運(yùn)動(dòng)方向。液壓缸的伸縮驅(qū)動(dòng)各個(gè)環(huán)體腔面積相等)，113；作搖擺運(yùn)動(dòng)，液壓缸的伸縮位移和速度決定搖擺運(yùn)p^一液壓缸A腔壓力，Pa；動(dòng)的角位移和角速度。[11p一液壓缸B腔壓力，Pa；慨一液壓缸、機(jī)械臺(tái)體內(nèi)環(huán)和負(fù)載(折算到轉(zhuǎn)軸上)的等效質(zhì)量，kg；——拉普拉斯算子，1／s；一液壓缸活塞輸出位移，m；——活塞和負(fù)載的黏性阻尼系數(shù)，N·s／m；——等效彈簧負(fù)載的彈簧剛度，N／m；，-一作用到轉(zhuǎn)軸上的摩擦力，N，=常數(shù)。Mjj式中：——液壓缸作用力力臂，m；．7卜液壓缸、機(jī)械臺(tái)體內(nèi)環(huán)和負(fù)載(折算到軸上)的總慣量，kg·m

6、。K=GL1／R式中：G——內(nèi)環(huán)重量，N；圖3機(jī)械臺(tái)體內(nèi)環(huán)運(yùn)動(dòng)示意圖——內(nèi)環(huán)重心距轉(zhuǎn)軸距離，m。2機(jī)械臺(tái)體內(nèi)環(huán)受力分析3傳遞函數(shù)的確定以搖擺臺(tái)機(jī)械臺(tái)體內(nèi)環(huán)(含負(fù)載)為例進(jìn)行受力分析。如圖3所示，在內(nèi)環(huán)運(yùn)動(dòng)平面內(nèi)，在液壓缸3．1伺服閥的傳遞函數(shù)的推動(dòng)下，臺(tái)體繞點(diǎn)D(轉(zhuǎn)軸)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度0，內(nèi)環(huán)根據(jù)《新編液壓工程手冊(cè)》查得電液流量伺服重量為G，重心在C點(diǎn)，重心距轉(zhuǎn)軸距離，液壓缸閥二階近似傳遞函數(shù)為：驅(qū)動(dòng)內(nèi)環(huán)的鉸點(diǎn)為D點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)力臂為尺。圜在內(nèi)環(huán)搖擺過程中內(nèi)環(huán)因角加速度的變化會(huì)＼OJn／＼∞n／產(chǎn)生一個(gè)慣性力矩；由于內(nèi)環(huán)重心偏下，內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)過式中：G(s)——伺服閥傳遞函數(shù)，m3／

7、(s·A)；角度0時(shí)，重力的分力對(duì)臺(tái)體產(chǎn)生一個(gè)恢復(fù)力矩，一39—學(xué)兔兔www.xuetutu.comq(s)——輸出流量，m3／s；為：(s)——輸入電流，A；——閥的流量增益，m3／(s·A)；G==卜喪堋器s——閥的固有頻率，rad／s；(等A+器爭(zhēng)A+囂)s+、P‘俐p“P。例P?！y的阻尼系數(shù)。Q■J2】(5)＼一，一-，no一AP式中：Gs)——液壓缸輸出位移對(duì)摩擦力的式中：Q閥的空載流量，m3，s；傳遞函數(shù)，rrdN。厶——額定電流，A。3．3內(nèi)環(huán)擺角和液壓缸位移之間的傳遞函數(shù)3．2液壓缸的傳遞函數(shù)在搖擺角度較小、液壓缸較長(zhǎng)時(shí)，臺(tái)體擺角