AMESim應(yīng)用舉例分析.doc

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1、AMESim應(yīng)用舉例分析現(xiàn)以一液壓位置控制系統(tǒng)為例說明AMESim的應(yīng)用，使液壓執(zhí)行機構(gòu)的輸出位移跟蹤給定的輸入信號。首先在AMESim的草圖模式(Sketchmode)下建立該液壓執(zhí)行機構(gòu)位置控制系統(tǒng)的仿真模型，該系統(tǒng)主要是由液壓缸、三位四通液壓伺服閥、定量泵、蓄能器、溢流閥以及信號源和增益等構(gòu)成，其液壓機械部分是一個開關(guān)型閥控缸系統(tǒng)，從整體來看又是一個典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)，如圖5-6所示。其工作原理為:用位移傳感器x將執(zhí)行機構(gòu)的位移轉(zhuǎn)換為信號并與給定的位移信號進行比較后形成閉環(huán)控制的誤差信號，所得到的差值通過比例放大后驅(qū)動伺服閥動作，來

2、接通/切斷執(zhí)行機構(gòu)的液壓油供應(yīng)并改變供油方向，就實現(xiàn)了對執(zhí)行機構(gòu)位移的大小及方向的控制。只要執(zhí)行機構(gòu)的輸出位移與給定的位移存在偏差，系統(tǒng)就可以自動調(diào)節(jié)輸出位移，直到誤差為零。圖5-6中，用分段線性信號源2來模擬執(zhí)行機構(gòu)(液壓缸)驅(qū)動的負載阻力，期望位移信號由左端的分段線性信號源1來給定。系統(tǒng)模型搭建完成之后，在子模型模式(submodelmode)中根據(jù)實際需要為每個元件選擇一個數(shù)學(xué)模型即子模型，在這里為簡便起見均選擇最簡子模型。接下來在參數(shù)模式(parametermode)中為每個子模型設(shè)置參數(shù)。將液壓缸活塞直徑設(shè)置為30mm，活塞桿的

3、直徑設(shè)置為20mm，所連質(zhì)量塊的質(zhì)量設(shè)置為250kg;設(shè)置電磁換向閥的固有頻率為50Hz，阻尼率為2，額定電流為200mA;泵的排量設(shè)置為35cc/rev;泵的轉(zhuǎn)速為1500rev/min;分段線性信號源2設(shè)置為常量1000，則經(jīng)過由信號到力的轉(zhuǎn)換，執(zhí)行機構(gòu)活塞桿就能得到一個恒為1000N的阻力;將給定的期望位移信號設(shè)置在0-1之間，執(zhí)行機構(gòu)的位移也將在0-IM之間，為了提高測量精度位移傳感器將這一位移放大了10倍，因此將增益3設(shè)置為10，這樣給定的期望位移將與執(zhí)行機構(gòu)的實際輸出位移在相同的范圍內(nèi)變化。將分段線性信號源1設(shè)置為在0-5s內(nèi)

4、從0變化到0.5，在5^-l0s內(nèi)從0.5變化到0.8并保持不變。其它參數(shù)均按默認(rèn)值來設(shè)置。系統(tǒng)所要求達到的性能指標(biāo)為:在運行時間30s內(nèi)，動態(tài)跟蹤誤差不超過0.015m，穩(wěn)態(tài)誤差不超過0.0005m。因為在AMESim中，三位四通液壓伺服閥的0.閥芯的動態(tài)特性由一個二階振蕩系統(tǒng)來表示，由自控原理可知，由二階系統(tǒng)構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)中，二階系統(tǒng)的前置放大器放大倍數(shù)的大小對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響是比較大的，在這里，前置放大器即增益4，通過調(diào)節(jié)增益4的大小，觀察液壓缸活塞桿的實際輸出位移與所給定的期望值之差，找到滿足性能指標(biāo)的增益范圍。最后在運行模

5、式(runmode)中的運行參數(shù)(runparameters)中設(shè)置運行時間為30s，采樣周期為0.05s。點擊開始運行(startrun)，得到仿真結(jié)果。(1)當(dāng)k4=350時，給定的位移信號與執(zhí)行機構(gòu)活塞桿實際位移的關(guān)系曲線如圖5-7、圖5-8所示?？梢?，這時的穩(wěn)態(tài)誤差是滿足要求的，但動態(tài)跟蹤誤差超過了0.015m.(2)當(dāng)k4=500時，給定的位移信號與執(zhí)行機構(gòu)活塞桿實際位移之差如圖5-9所示。可見，這時的動態(tài)跟蹤誤差是滿足要求的，但穩(wěn)態(tài)誤差超出了0.0005m,仍未能達到性能指標(biāo)。調(diào)整增益4的值，得到滿足系統(tǒng)性能指標(biāo)的增益值范圍為

6、443.5^-478。在這個范圍內(nèi)，位置跟蹤系統(tǒng)具有較好的閉環(huán)跟蹤效果。通過反復(fù)調(diào)整、分析可以得出:K4值越大，響應(yīng)速度越快，動態(tài)跟蹤誤差越小;但K4值過大，運行l(wèi)os之后，跟隨曲線會出現(xiàn)超調(diào)，系統(tǒng)存在明顯的振蕩，不穩(wěn)定。因此，在實際中為了使系統(tǒng)保持一定的穩(wěn)定性，可以根據(jù)精度和具體要求來確定最佳的增益值。另外，液壓缸油腔死區(qū)油量越大，油液的可壓縮效果就越明顯，系統(tǒng)越不穩(wěn)定。在其它子模型參數(shù)完全相同的情況下，將液壓缸油腔死區(qū)油量從默認(rèn)值50cm’改為10cm’仿真運行后得到圖5-10，與圖5-9進行比較可以驗證此結(jié)論。而且，液壓伺服閥的固有

7、頻率對系統(tǒng)穩(wěn)定性也有較大的影響，此值越大，閥的響應(yīng)速度就越快，會加劇系統(tǒng)的振蕩，增大穩(wěn)態(tài)誤差，使系統(tǒng)更加不穩(wěn)定;但是閥固有頻率過小，響應(yīng)速度太慢，會導(dǎo)致動態(tài)跟蹤誤差過大，跟蹤效果不好。因此，合理選擇具有適當(dāng)固有頻率的液壓伺服閥非常重要。蓄能器在系統(tǒng)中主要作為泵的輔助能源，同時作為系統(tǒng)的補油器。它可以在液壓缸不工作時將泵輸出的油儲存起來，在液壓缸工作時釋放儲油以完成整個循環(huán)。從系統(tǒng)無蓄能器時的運行結(jié)果來看，如果增益4在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，系統(tǒng)仍能夠達到性能要求，但在相同條件下，與有蓄能器時的運行結(jié)果相比，系統(tǒng)會出現(xiàn)明顯的振蕩，穩(wěn)定性不夠。因此在系

8、統(tǒng)中設(shè)置蓄能器是很有必要的，它可以減小壓力脈動，使系統(tǒng)更加平穩(wěn)。由以上可以得出，主體軟件AMESim的使用基本步驟看似簡單，但真正仿真一個實際系統(tǒng)，使其達到預(yù)期的結(jié)果并不那么容易用，AMESi