simulink在液壓控制系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用

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1、Simulink在液壓控制系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用1簡(jiǎn)介液壓控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)仿真計(jì)算一直是液壓行業(yè)不斷研究的一個(gè)門(mén)類，在液壓控制系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。由于液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)是動(dòng)態(tài)元件，其動(dòng)態(tài)特性很大程度上決定著整個(gè)液壓伺服系統(tǒng)的性能，其中四通閥控液壓缸是最常見(jiàn)的動(dòng)力機(jī)構(gòu)，也是泵控系統(tǒng)中伺服變量泵的前置級(jí)。以前一般采用個(gè)人編程的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，但是往往要花費(fèi)大量的時(shí)間來(lái)處理程序本身的問(wèn)題，并且容易出錯(cuò)、通用性差。SIMULINK的問(wèn)世給液壓系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真計(jì)算提供了強(qiáng)大的工具，在SIMULINK環(huán)境中只需利用鼠標(biāo)就可以直觀的畫(huà)

2、出系統(tǒng)模型，然后就可以直接進(jìn)行仿真，并且在仿真過(guò)程中可以隨時(shí)更改某些參數(shù)，以觀察其對(duì)控制系統(tǒng)的影響，實(shí)現(xiàn)了對(duì)液壓控制系統(tǒng)的智能設(shè)計(jì)。2四通閥控液壓缸的基本方程圖1四通閥控液壓缸原理圖（1）滑閥的流量方程假設(shè)：閥是零開(kāi)口四邊滑閥，四個(gè)節(jié)流窗口時(shí)匹配和對(duì)稱的，供油壓力恒定，回油壓力為零。閥的線性化流量方程為（1）在動(dòng)態(tài)分析時(shí)，需要考慮泄漏和油液壓縮性的影響。由于液壓缸外泄漏和壓縮性的影響，使得流入液壓缸的流量和流出液壓缸的流量不相等，即。為了簡(jiǎn)化分析，定義負(fù)載流量為（2）式中——四通閥的流量增益；——四通閥的流量—壓力系數(shù)；

3、——閥芯的位移；——負(fù)載壓力。（2）液壓缸流量連續(xù)性方程流入液壓缸進(jìn)油腔的流量為（3）從液壓缸回油腔流出的流量為（4）式中——液壓缸活塞有效面積；——活塞位移；——液壓缸內(nèi)泄漏系數(shù)；——液壓缸外泄漏系數(shù)；——有效體積彈性模量（包括油液、連接管道和缸體的機(jī)械柔度）；——液壓缸進(jìn)油腔的容積（包括閥、連接管道和進(jìn)油腔）；——液壓缸回油腔的容積（包括閥、連接管道和回油腔）。液壓缸工作腔的容積可寫(xiě)為（5）（6）活塞在中間位置是，液體壓縮性影響最大，動(dòng)力元件固有頻率最低，阻尼比最小，系統(tǒng)穩(wěn)定性最差。所以，在分析時(shí)應(yīng)取活的中間位置為初

4、始位置。忽略外泄漏量和，又由于，則聯(lián)立式（2）~（6），可得（7）式中——液壓缸總泄漏系數(shù)，。（3）液壓缸和負(fù)載的力平衡方程液壓動(dòng)力元件的動(dòng)態(tài)特性受負(fù)載特性的影響。負(fù)載力一般包括慣性力、粘性阻尼力、彈性力和任意外負(fù)載力。（8）式中——活塞機(jī)負(fù)載折算到活塞上的總質(zhì)量；——活塞機(jī)負(fù)載的粘性阻尼系數(shù)；——負(fù)載彈簧剛度；——作用在活塞上的任意外負(fù)載力。此外，還存在庫(kù)倫摩擦等非線性負(fù)載，但采用線性化的方法分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性是，必須將這些非線性負(fù)載忽略。式(1)、（7）和式（8）中的變量都是在平衡工作點(diǎn)的增量，為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，將增量符

5、號(hào)去掉。3四通滑閥控液壓缸的傳遞函數(shù)對(duì)式（1）、（7）和式（8）進(jìn)行拉氏變換并進(jìn)行整理，可得到閥芯輸入位移和外負(fù)載力同時(shí)作用在液壓缸活塞的總輸出位移為（9）下面對(duì)上式進(jìn)行簡(jiǎn)化：如果沒(méi)有彈簧負(fù)載和負(fù)載干擾力，即，另外，粘性阻尼系數(shù)一般很小，由粘性摩擦力引起的泄漏量比活塞的運(yùn)動(dòng)速度小得多，即，因此項(xiàng)與1比可以忽略不計(jì)。故式（9）可簡(jiǎn)化為（10）式中——液壓固有頻率：——液壓阻尼比；——速度常數(shù)。在給定參數(shù)(測(cè)試數(shù)據(jù))下有：4四通閥控液壓缸的SIMULINK系統(tǒng)仿真該油缸在測(cè)試數(shù)據(jù)(無(wú)任何負(fù)載的情況下)下按傳遞函數(shù)建立的仿真模

6、塊圖如下：在四通閥的輸入位移x呈正弦變化的條件下（設(shè)t=0時(shí)，x=0.03m；t=1時(shí)，x=0.005m），如圖3所示（周期為4s），觀察液壓缸活塞的輸出速度v和輸出位移y的時(shí)域相應(yīng)曲線，分別如圖4、圖5所示：圖2系統(tǒng)仿真圖圖3四通閥閥芯輸出位移x和時(shí)間t的關(guān)系圖4液壓缸活塞輸出速度v和時(shí)間t的關(guān)系圖5液壓缸活塞輸出位移y和時(shí)間t的關(guān)系5結(jié)語(yǔ)（1）從時(shí)間速度仿真圖形中可以看出，液壓缸的輸出速度在經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的調(diào)整后也趨于正弦變化。通過(guò)仿真分析，了解了本系統(tǒng)的性能特征，為正確使用液壓缸提供了理論依據(jù)。（2）SIMULINK

7、是一個(gè)強(qiáng)大的軟件包，在液壓系統(tǒng)仿真中只需要做數(shù)學(xué)模型的推導(dǎo)工作。用SIMULINK對(duì)設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)進(jìn)行仿真，可以預(yù)知效果，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的正確性，為設(shè)計(jì)人員提供參考。（3）通過(guò)本學(xué)期對(duì)“MATLAB語(yǔ)言與工程應(yīng)用”這門(mén)課程的學(xué)習(xí)和自己的練習(xí)，已初步掌握MATLAB/Simulink在液壓控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真過(guò)程中的基本步驟，我感到受益匪淺，今后還將繼續(xù)熟悉該軟件的操作和應(yīng)用，增長(zhǎng)實(shí)力，為以后工作和科研打下良好基礎(chǔ)。