调速阀动态特性的计算机仿真
溢流节流调速回路动态特性的仿真研究
Ｔ ｈ ｒ ｏ ｔ ｔ ｌ ｅ Ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ Ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｌ ｏ ｏ ｐ
由文献 ［ ５ ］ 知， 定差 溢流 阀 ２阀芯 的平衡 方 程为 ：
（ Ｐ 。一Ｐ １ ） Ａ ｄ— （ ＋Ｘ ｏ ）一Ｆ ｓ＝０ （ ６ ）
（ ｐ Ａ 一ｃ 一Ｆ ） ／ ｍ
（ １ ）
式中， 阀芯 截面 面积 为 Ａ ； 弹簧 刚 度 为 ； 弹 簧 的初 始
数 学模 型 ， 并在 Ｍ Ａ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ ／ Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ环 境 下建立 仿真模 型 。采 用计 算机 动 态仿 真技 术研 究 了关键 阀 口前 后 压
力的 变化 情 况及其 外 负载 的变化 对活塞杆 输 出速度 的影 响 。仿真 结果 为溢 流节流调 速 回路在 复 杂液 压 系统
响及整 个 回路 中油液 的泄漏 。 ２ ． ２ 回路 的数 学模 型 的建 立 １ ）回路 基本 模型 的建 立
收稿 Ｅ ｔ 期： ２ ０ １ ３ － ０ ４ － ０ ３ 项 目基金 ： 国家科技支撑计划（ ２ ０ １ ３ Ｂ Ａ Ｆ Ｏ ７ Ｂ Ｏ １ ）
１ ． 定量泵
２ ． 定差溢流阀
中的运 用提供 了一定参 考 。
关键 词 ： 溢 流节流 ； 仿真模 型 ； Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｉ ｎ ｋ ； 动 态特 性 ； 压力 匹配
中 图分类号 ： Ｔ Ｈ１ ３ ７ ． ７ 文献标 志码 ： Ｂ 文章 编 号 ： １ ０ ０ ０ ４８ ５ ８ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ９ － ０ ０ ５ ４ － ０ ３
调速阀特性实验
油路部分
电气控制部分
三、实验步骤 1、流量调节范围 1)、电磁换向阀Z6失电，旋紧单向调速阀，调溢流阀(带溢流阀 泵源)，使得P的出口压力为4MPa 关紧量杯的放油口。 2)、电磁换向阀Z1不得电，旋松单向调速阀使之输出流量，通 过逐步调节单向调速阀，由量杯测得 3)、单向调速阀的调节手轮从全松----全紧-----全松连续转三次在 单向调速阀小流量和大流量时分别测得相应流量。 2、进口压力——输出流量测试 在单向调速阀小流量和大流量时，分别调溢流阀(带溢流阀 泵源)，从低压到高压并测单向调速阀的进口压力P6，相应的输 出流量逐点记录于表1，表2
表1：小流量P1—Q
1
P1(MPa) V(L) T(s) Q (l/min)
2
3
4
5
6
表2：大流量P1—Q
1
P1(MPa) V(L) T(s) Q (l/min)
2
阀特性实验
一、实验目的 调速阀为定差减压阀和节流阀的组合，该阀调节流量时， 基本不受负载的影响，阀输出流量基本稳定。 1、旋转调速阀调节手轮，可调节阀的输出流量（顺时针阀口开 大），可测阀的调节范围。 2、调速阀进出口压力变化对输出流量有一定影响，可测P—— Q变化特性。 二、实验装置 用带有快速接头的液压软管，根据下图组成液压回路 注意：接好的液压回路之后，再重新检查各快速接头的连接部 分是否连接可靠，最后请老师确认无误后，方可启动。
基于MATLABsimulink的某电液比例调速阀控同步系统仿真
基于MATLAB/Simulink的某电液比例调速阀控同步系统仿真C液压缸总泄漏系数tpP液压缸负载压力L体积弹性模量eA液压缸有杆腔作用面积pq液压缸有杆腔和无杆腔作用面积之比B黏性阻尼系数PU为比例电磁铁初始电压,K为传感器及放大电路增益,fk为节流阀弹簧刚度,sK为比例电磁铁增益,ax为液压缸1输出位移。
1 概述同步系统是液压系统中实现多个执行元件的位移、力或速度相等的回路, 主要类型有机械同步回路、流量控制同步回路和容积控制同步回路等。
图1 系统原理图系统采用的同步回路如图1所示, 液压缸1、2的结构和参数完全相同, 缸1为主动缸, 用普通调速阀控制; 缸2为从动缸, 用电液比例调速阀控制。
位移传感器1和2分别对应地测量缸1和2的位移, 用两传感器测得的差值作为电液比例调速阀的控制信号, 控制液压缸2跟随液压缸1动作, 从而实现两缸同步动作。
液压缸1和2为非对称双作用液压缸。
液压缸伸出时, 供油压力即为系统压力, 回油经过调速阀, 液压缸两腔油压均较大。
液压缸缩回时, 回油压力可忽略, 数学模型较伸出时简单, 可参照出油数学模型构建其模型。
作者仅以液压缸伸出为例建立数学模型。
2 功率键合图本文章以液压缸1的输出作为整个系统的输入，即液压缸1输出唯一为已知，针对液压缸2伸出过程建立功率键合图如下：图2 液压缸2键合图1 ）共势结，根据能量流的关系及容性元件C 的特性得下述关系：123L Q Q Q Q =-- （1）其中1.4e L eV V Q P C β∙==211112P q Q A v A v +==311Ltp L Q P C P R ==02(1)e s p V V q P A =+-⋅代入（1）式得：11 (42)e L tp L L P eV q Q C P P A v β∙+=++（2）对上式进行拉氏变换得：.(1).().().().()42e L tp L L P eV s q sQ s C P s P s A Y s β+=++（3）2） 共流结点根据惯性元件I 和转换器TF 的特征关系，得到下列关系式：21345F F F F F =--- （4）其中：2F m a = ； 110F P A =⋅ ；3F F = ；4P F B v =⋅ ；52p F P A =⋅；取(1)e s p F F q P A =--⋅以及12L P P P =- 1s P P = 代入上式得：P L p e m y B y P A F ∙∙∙+⋅=⋅- （5）对上式进行拉氏变换得：2()()()P p L e m s Y s B s Y s A P s F ⋅⋅+⋅⋅=⋅- （6）3 ）系统流量方程L dt v Q C x =⋅ （7）阀芯位移方程：0[()]f v a sU K y x x K k --=⋅ （8）对以上两式进行拉式变化得：()()L dt v Q s C X s =⋅ （9）0()()()f af aav sssK K K K U K X s X s Y s k k k ⋅⋅⋅=+⋅-⋅ （10）4） 建立数学模型 联立（3）、（6）、（9）式，可得阀控缸的数学模型：假设液压缸为无阻尼缸, 忽略油液黏性阻尼, 则上式变换为：式中，为液压系统固有频率；为系统阻尼系数。
利用MATLAB实现变量泵定量马达调速系统的动态仿真_张红俊
利用M AT LAB 实现变量泵定量马达调速系统的动态仿真张红俊1,李增玲2(1.山西煤炭职业技术学院,山西太原030031;2.山东省东营市东营区试验中学,山东东营257000)摘 要:通过对变量泵定量马达容积调速系统的数学建模和利用M AT L AB 进行动态仿真,直观地分析了系统的动态特性以及影响特性的因素和影响规律,仿真结果与系统的理论分析相符合。
关键词:容积调速系统;动态特性;动态仿真中图分类号:T P393 文献标识码:A 文章编号:1008-8881(2004)01-0082-02工程实际中广泛利用变量泵定量马达调速系统,尤其是大型工业机械。
系统回路的动态分析是系统设计及生产实际的需要,利用M AT L AB 这一强大的工程工具进行计算机动态特性的分析是十分有效和有实际意义的。
一、液压调速系统原理变量泵定量马达的调速系统如图1。
图1 容积调速液压系统原理通过改变泵的每转排量q p 来调节马达的转速n m 。
n m =q p n p q m(1)式中:n p )))变量泵的转速;q m )))定量马达的每转排量。
二、系统数学模型的建立为了分析方便,作如下假设:液压泵的吸油口和液压马达的回油口油压力为零;油液的粘性不变;液压泵和液压马达的泄漏油流为层流;不考虑油液的液阻和液感及管路中的动态过程,仅考虑液容;不考虑液压泵的脉动性。
1.流量连续性方程n p q p -(c p +c m )p-n m q m =v k dpdt(2)式中:n p ,n m )))泵和马达的转速;v )))压力油腔总容积;q p ,q m )))泵和马达的排量;p )))压力油腔压力;k )))油液体积弹性模量;c p ,c m )))泵和马达的泄漏系数。
2.液压马达转矩平衡方程q m p=Jdn mdt+Bn m +T l (3)式中:J )))马达及负载折算到马达轴上的等效转动惯量;B )))粘性阻尼系数;T 1)))负载力矩。
进口节流调速系统动态特性仿真研究
y[5 ] y[6 ] d[6 ] = A3 I2 C g2 R b
3 动态仿真 311 泵自身动态响应特性 (图 3 )
图 3 泵的出口压力对时间的动态响应
收稿日期 : 2006 - 09 - 29
系统的结构模型l油泵2单向阀卜油箱4定压阀卜二位二通换向阀调速阀7液压缸进口节流调速系统的结构模型为了更有效地分析系统特性笔者把系统简化为建立数学模型根据系统结构模型在考虑阻性效应容性效应和或惯性效应的条件下绘制出图2所示的系统动态键图模型
2007 年 9 月 第 35 卷 第 9 期
机床与液压
MACH I N E TOOL & HYDRAUL ICS
Sep 12007 Vol135 No19
进口节流调速系统动态特性仿真研究
刘恒丽
(天津商学院 , 天津 300134 )
摘要 : 进口节流调速系统是液压系统不可缺少的一部分 , 为了更好地了解系统性能 , 需对其进行动态特性分析 , 通常 是采用传递函数法建立系统数学模型 , 但这种方法不但复杂 , 而且效果不佳 。本文采用功率键合图法建立系统数学模型 , 并利用 MATLAB 软件进行快速而准确的数字仿真 , 探讨系统参数对其性能的影响 , 对研究系统的性能和设计改进具有积极 的作用 。 关键词 : 节流调速系统 ; 动态特性 ; 功率键合图 ; 数字仿真 中图分类号 : TH137 文献标识码 : A 文章编号 : 1001 - 3881 (2007) 9 - 161 - 2
・162・
机床与液压
第 35 卷
态变量 , 那么这些状态变量将是 : V 2 , x14 , P16 , P24 , V 21 , V 28 。 根据系统的动态键图模型以及 0 结点 、 1 结点 、 TF 等的特性得出系统的动态数学模型如下 : 2 2 2 ・ 3114 d x14 1 1 V2 V2 = S f - ( + ) 2 2 2 2 × R x R y Cp 3114 d x14 + A 2
进口节流调速液压系统动态特性数字仿真
Ａｂｔａ ｔＴ ｉｐ ｐｒａ ｏｔ ａ ｑａｉ ｅ ｏ ｔｂ ｈａｃｍ ｒ ｅｓ ｅ ａｈｍ ｔ ａ ｍ ｄｌｆｔｅ ｙ ｒｕ ｃ ｎｅ ｓ ｃ ：ｈ ａｅ ｄｐｅ ｓ ｔ ｅｕｔ ｎｍ ｔ ｄｔ ｅ ａｌ ｐｅ ｎｉ ｔｅ ａｉ ｌ ｏ ｅ ｏ ｄａ ｌ ｌ ｒ ｓ ｄ ｔｅ ｏ ｈ ｏｓ ｉ ｓ ｏ ｈ ｖｍ ｃ ｈｈ ｉｉ ｔ
损坏、 零件加工质量下降、 油管爆裂、 液压元件损坏等 现象 ， 影响了系统的正常工作 ， 给生产带来了不必要的 损失 Ｊ 。因此 ， 在液压 回路设 计 中， 当对节 流调速 应 回路的动态特性进行分析和预测 。常见 的节流调速回 路系统通常只考虑液压缸 、 节流阀的特性 ， 本文以包含 液压缸 、 节流 阀 、 液压 泵 、 流 阀各 自的动 态特 性 为 系 溢
Ｙ Ｎ ｏｇｙｎ ，Ｈ ｅ ｉ Ａ Ｇ Ｈ ｎ ．ａ Ｕ Ｇ －ｎ ｊ
（ ． ｏ ｅｅｏ ｃａｉａ Ｅ ｇｎｅ ｎ ， ｎｅ ｎｏ ａＵ ｉ ｒｔ ｏ Ｔ ｃｎｌ ｙＨ ｈ ｏ ０ ０５ ，ｈｎ ； １ Ｃ ｌ ｇ ｆ ｌ Ｍｅｈｎｃｌ ｎｉｅｒ ｇ Ｉｎｒ ｉ Ｍｏｇｌ ｎｖ ｓｙ ｆ ｅｈ ｏ ｇ ， ｏ ｈｔ １０ １ Ｃ ｉ ｉ ｅ ｉ ｏ ａ
进 口节 流调速液 压 系统动态特性 数字仿真
杨 红 艳 胡 格 金 ，
（． １ 内蒙古工业大学 机械学院， 内蒙古 呼和浩特 ００５ ； １０ １ ２ 内蒙古超 高压供 电局 ，内蒙古 呼和 浩特 ００８ ） ． １００
调速阀特性实验报告
一、实验目的1. 理解调速阀的结构和原理，掌握其工作特性；2. 研究调速阀在不同工况下的流量、压力和速度变化规律；3. 分析调速阀在实际应用中的优缺点，为工程实践提供参考。
二、实验原理调速阀是一种用于调节流体流量的阀门，由定差减压阀和节流阀串联而成。
其工作原理如下：1. 当负载压力增大时，减压阀阀芯右移，减压口加大，压降减小，使节流阀的压差（p2-p3）保持不变；2. 当负载压力减小时，减压阀阀芯左移，减压口减小，压降增大，使节流阀的压差（p2-p3）保持不变；3. 调速阀的流量恒定，不受出入口压力差变化影响，能够精确地控制执行元件的速度。
三、实验仪器与设备1. 调速阀实验装置：包括调速阀、压力表、流量计、节流阀等；2. 电源：交流电源，电压220V；3. 计时器；4. 计算器。
四、实验步骤1. 将调速阀实验装置连接好，确保各连接处密封良好；2. 打开电源，调节节流阀，观察调速阀的流量、压力和速度变化；3. 改变负载压力，记录不同工况下的流量、压力和速度；4. 重复步骤2和3，研究调速阀在不同工况下的工作特性；5. 分析实验数据，得出结论。
五、实验结果与分析1. 调速阀的流量与压力关系：在负载压力不变的情况下，调速阀的流量与压力成正比；2. 调速阀的速度与压力关系：在负载压力不变的情况下，调速阀的速度与压力成反比；3. 调速阀的流量与速度关系：在负载压力不变的情况下，调速阀的流量与速度成正比；4. 调速阀在不同工况下的工作特性：调速阀在负载压力变化时，能够保持流量恒定，速度平稳。
六、实验结论1. 调速阀能够精确地控制流体流量和速度，适用于各种工况；2. 调速阀具有结构简单、价格低廉、易于维护等优点；3. 调速阀在实际应用中，能够有效提高系统性能，降低能耗。
七、实验心得通过本次实验，我们对调速阀的结构、原理和工作特性有了更深入的了解。
调速阀在实际工程中具有广泛的应用前景，为提高系统性能和降低能耗提供了有力保障。
基于MATLAB的节流阀调速液压回路计算机仿真_高钦和
u (1) = v
u (2) = x
u ( 3) = p1
u ( 4) = ps
(6)
u ( 5) = k1
u ( 6) = ps - p1
u ( 7) = p2 函数返回值为 :
x (1) = v
x ( 2) = p1 (7)
x ( 3) = ps
x ( 4) = p2 程序如下 :
% fexe41m
以上述进油节流调速液压回路为例 , 对其数学方 程在 Matlab611 / Simulink411下完成仿真建模 , 图 2是 Simulink下的仿真模型 。
图 2 Simulink下的仿真模型
模型中使用 Simulink提供的功能模块 , 按信号关 系进行联接后实现仿真计算功能 。其中 , “fexe4”是 一个 “MATLAB Function”模块 , 它调用 fexe41m 中 的用户自定义函数 x = fexe4 ( u) , 其输入定义为 :
理论分析表明 , 节流调速回路的动 、静态特性受节流 阀的特性及其安装位置 、油液弹性模量等因素的影
响 , 当系统参数调整不当时 , 调速中的过渡过程易出 现瞬时速度不稳定或爬行现象 [1 ] 。因此 , 在液压回路 设计中 , 应当对节流调速回路的动态特性进行分析和 预测 。本文以进油节流调速回路为例 , 通过建立进油 节流调速回路的数学模型 , 对其动态特性进行计算机 仿真分析 。
Keywords: Hydraulic system; Throttling speed control; Dynam ic characteristics; Computer simulation
液压调速回路可以对液压油缸的运行速度进行控
制 , 采用节流阀的节流调速回路是一种常见形式 , 可 分为进油节流 、回油节流 、旁油路节流等多种类型 。
采用调速阀节流调速回路的AMESim仿真及实验研究
采用调速阀节流调速回路的AMESim仿真及实验研究TAO Liu;LI Xinxing;XU Huawen【摘要】基于AMESim建立了调速阀进油路节流调速回路仿真模型,分析了回路速度-负载特性,得出了速度-负载曲线;建立了调速阀元件仿真模型,推导出了考虑泄漏的液压缸速度-负载特性表达式,分析研究了液压缸泄漏对系统稳定性的影响;利用QCS003C教学实验台进行实验验证,得出所建立的模型能很好地符合实验结果,为提升节流调速回路的精度及理论提供了依据.【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷),期】2018(047)006【总页数】5页(P108-111,118)【关键词】AMEsim;调速阀;泄漏;实验分析【作者】TAO Liu;LI Xinxing;XU Huawen【作者单位】;;【正文语种】中文【中图分类】TH138.520 引言研究表明，以往对调速阀节流调速回路的建模及仿真过程中，多数没有考虑液压缸泄漏对活塞速度、刚度及稳定性的影响[1-3]。
本文首先对液压缸泄漏的活塞速度表达式进行推导修正，得出液压缸泄漏的活塞速度表达式；随后利用AMESim仿真软件建立了液压缸泄漏的进油调速回路仿真模型，对回路的速度-负载特性进行了仿真分析；最后利用QCS003C教学实验台对所建立的模型的仿真结果进行了实验验证。
1 调速阀工作原理调速阀式调速回路如图1所示，调速阀由差动减压阀和节流阀两部分组成[4]。
当液压缸的负载力Fx发生变化时，如果调速阀前后的工作压差(P1-P3)处于它最小压差范围(一般为0.5～1MPa)内，减压阀无法感知压差的变化，此时减压弹簧不起作用，节流阀前后压差(P2-P3)的变化导致回路中流量发生改变，从而使执行元件的速度发生相应波动；如果调速阀前后的工作压差超过它的最小压差，它会不断调节自身弹簧的伸长量使流入节流阀的压力P2发生变化，保证节流阀前后的压差始终相等，以达到使执行元件的速度维持恒定的目的。
基于Amesim的调速阀控同步升降系统仿真研究
第58卷0引言节流调速是液压系统的一种主要调速方式,通过调节流量阀来改变进入或流出执行元件的流量,实现对执行元件速度的控制调节[1]。
这种调速回路因其结构简单、成本低、低速稳定性好等优点,在工程实际中广泛应用[2]。
根据使用的流量调节元件的不同,节流调速可分为节流阀节流调速、调速阀节流调速。
由于普通节流阀在实际应用中存在速度不稳定、刚性差的问题,因此在机床、工程机械等液压系统中,调速阀节流调速逐渐代替节流阀节流调速。
按调速阀在回路中位置的不同,调速阀节流调速又可分为进口节流调速、出口节流调速和旁油路调速。
某高脚车升降系统要求车体能够实现平稳升降,保证升降的同步性,否则会造成对车体或液压油缸的破坏,甚至由于车体的不平横而对高脚车整体结构造成严重的破坏。
调速系统速度响应的快速性、平稳性对高脚车升降系统的振动冲击及同步性有着至关重要的影响[3]。
但由于高脚车车体重心位置位于车体左后方,四个升降油缸所受负载不相等,为保证车体升降同步性,本文利用A m es i m 液压系统仿真技术,建立高脚车升降系统调速阀进口节流调速回路、出口节流调速回路以及上升调速阀进口节流调速、下降调速阀出口节流调速回路仿真模型,对比分析三种回路在四个油缸负载不同的情况下,压力、速度的稳定性以及高脚车车体升降的同步性。
结果表明采用调速阀+整流板的升降系统,即上升采用调速阀进口节流调速、下降采用调速阀出口节流调速回路,压力、速度较稳定,且升降同步性能好,最终达到缩短设计周期、优化系统和提高系统稳定性的目的[4-5]。
1工作原理1.1高脚车升降系统原理某高脚车车体重心位于左后方,四个升降液压缸在升降时所受的负载各不相等,系统要求能够实现平稳升降,保证高脚车升降的同步性。
升降系统原理图如图1所示,液压缸1~4的结构和参数完全相同,四个液压缸分别位于四个车轮处,所受负载各不相同,通过控制多路阀5实现高脚车车体上升和下降动作,当多路阀位于中位时,高脚车车体停止上升或下降,液控单向阀可实现液压缸锁紧,可严密封闭液压缸两腔的油液,这时活塞就不能因外力作用而收稿日期:2022-07-05;修订日期:2022-08-10作者简介:魏海涛(1983-),男,高级工程师,工程硕士,从事液压技术方向研发设计通信作者:张晓丽,E-m ai l :799656900@基于A m esi m 的调速阀控同步升降系统仿真研究魏海涛1,2,魏海锋3,张晓丽1,马志刚1,王生金1,2,杨志怀1,2(1.兰州兰石集团有限公司能源装备研究院,甘肃兰州730314;2.兰州兰石能源装备工程研究院有限公司,甘肃兰州730314;3.兰州兰石石油装备工程股份有限公司,甘肃兰州730314)摘要:某高脚车升降系统要求车体能够实现平稳升降,保证升降的同步性,否则会造成对车体或液压油缸的破坏,甚至由于车体的不平横而对高脚车整体结构造成严重的破坏。
直流电机调速的计算机仿真
直流 电机调速 的计 算机仿 真
彭宽平
武 汉职 业技 术 学 院 （ ３０ ４） ４０７
Ｓｉ ｕｌ ｔｏ ｏ ｐｅ ｄ ｒ ｇ ａ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ Ｄ Ｃ ｏ ｏ ｙＭ ｅ ｎｓｏ ｍ ｐ ｔ ｒ ｍ ａ ｉ ｎ ｆＳ ｅ －ｅ ｕｌ ｔｏ ｎ ｈ Ｍ ｔ ｒｂ ａ ｆｔ Ｃｏ ｈｅ ｕ ｅ
如 图４ 。
８
个 １ｍＨ的 电感 和 直 流 电机 串联 ， ０ 以平 滑
螽， 锄 ６
隶ｓ
４
转子 电流 。 定子 绕组 加恒 电压 ， 励磁也 是 恒定
的。 晶闸管Ｔ ｌ ｈ 的触发信号由电流控制器产生 ， 使
电机 电流被控制在参考值范围以内。 直流速度控
制环用ＰＤ Ｉ 调节器 ， 由仿真块组成 。
直流电机产生的力矩正比于转子电流 ：
７ ＝ ， ｍ １ ＫＴ ａ
Ｋ —＿ Ｔ 力矩系数。 晶闸管Ｔ ｌ ｈ 由脉宽调制信号触发 ， 控制 直流 电机的平均电压是触发角的函数 。
Ｖ（ｖ ） ６ ｃ ａｇ ＝ ｃ
Ｍａｌｂ ｔ 中有一个 电力系统块， ａ 它能够对各种
电机及电力电子器件进行计算机仿真。
图 １ 直流 电机 调 速原 理
ａ ｅ ｖ ｒａ ｌ ｖ ￣ｒ ｆＤＣ ｍｏ ｏ ｎ ｅｔ ｅ ｅ ｓ ａ ｔ ｇ ｇ ａ ｉｂ ｅ ｗａ ｅ ｍｓ ｏ ｔ ｒ ｉ ｉ ｒｔ ｔ ｒｉ ｈ ｈ ｎ
ｔａ ｓｅ ｔｏ ｎ ｓ ｅ ｄ －ｔ ｔ ｒ ｉ ｌｔ ｄ ｂ ａ ｓｏ ｅ ｒ ｎ ｉ ｎ ｒｉ ｔ ａ ｙ ｓａ ｅｗｅ ｅ ｓｍｕ ａ ｅ ｙ ｍｅ ｎ ｆ ｈ ｔ Ｍ ａ ｌｂ Ｔｈ ｏ ｒｅ ａ ｄ ｗａ ｅ ｍ ｆｔ ｅ ｒ ｔ ｒｃ ｒｅ ｔ ｎ ｔ ． ｅ ｃ ｕ ｓ ｎ ｖ ￣ｒ ｏ ｏ ｏ ｕ ｒ ｎ ｄ ａ ｈ ａ
基于AMESim的高速开关阀动态特性仿真研究
doi:10.11832/j.issn.1000-4858.2019.07.014基于AMESim的高速开关阀动态特性仿真研究方洋1,肖峻1,蔡未末2,刘志柱2(1.武汉理工大学机电工程学院，湖北武汉430070；2.东风汽车集团股份有限公司，湖北武汉420100)摘要：以某型号电子限滑差速器中的无复位弹簧式高速开关阀为研究对象，分析了该高速开关阀的结构及工作原理，并建立了机、电、磁、液等各个耦合部分的数学模型。
运用AMESim建模仿真平台建立高速开关阀的阀芯位移动态响应模型，基于该模型对高速开关阀在一定PWM信号下进行动态时间响应特性仿真，分析了阀芯质量、驱动电压、黏性阻尼系数等参数对高速开关阀阀芯位移响应时间各个阶段的影响，通过仿真结果分析了响应时间滞后的原因，并从提高阀芯响应时间方面提出参数优化调整建议。
关键词：高速开关阀；AMESim;建模仿真;动态时间响应中图分类号:TH137文献标志码：B文章编号：1000-4858(2019)07-0081-07 Simulation Research on Dynamic Characteristics of High Speed On-offValve Based on AMESimFANG Yang1,XIAO Jun1,CAI Wei-mo2,LIA Zhi-zhu2(1.Mechanicol and ElectWcol Engineering,Wuhan University o V Technology,Wuhan,Hubei430070；2.Dongfeng MoWr Group Co.,LtU.,Wuhan,Hubei420100)Abstract:Taking the non-retum sp/ng type high speed on-oft velve of a certain type of electronic limited slip dCerential as the resetrch object,the and working p/nciple of We high speed on-off velve are analyzed and the matUematicel models of each coupling pa/of machine,electWcity,maynetism and liquip are established. Then iheAMESimmodeland simulaiion plaiooem aeeused ioesiablish ihedynamicdisplacemenieesponsemodeloo the high speed on-oft velve.Based on the modet,the dynamic time response01x0/100of the high speed on-oft velve under ce/ain PWM signals are simulated,tfa influence of the parameters such as spocO quality,d/ving voltage and viscous damping coefficient on tfa displacement response time of the high-speed on-off valve spocO are analyeed.Ailasi,ihe eeason o teesponse icme lag cs analy eed teom scmulaicon eesulis,and ihe paeameie es optcmceatcon adeustmentsuggestconsaeepeoposed teom theaspectotcmpeoecngtheeesponsetcmeottheealeecoee. Key words：high-speed on-off vv I vv,AMESim,modeling and simulation,dynamic time response引言在电液控制系统中，咼速开关阀是一个很关键的零部件，具有响应速度快、结构简单紧凑、重复性好、工作可靠和不易受到外界污染等特点［1］(其采用脉宽调制(Pulse Width Modulation,PWM)进行控制&2'，可以直接与控制器连接,不需要D/A转换,极大简化了控制系统的软、硬件模块。
调节阀动态特性的数值模拟
1 概述 调节阀是管道系统中一种阻力可变的节流元
件 。通过改变阀门的开度 , 可以改变管道系统的工 作特性 , 从而实现调节流量和改变压力的目的 。它 既是一种调节元件 , 同时也是一种控制元件 , 是实 现管道系统安全经济输送的重要设备 。使用调节阀 调节流量和控制瞬变压力的关键因素是阀门的工作 特性 , 由于阀门的工作特性受管道系统和工作状态 的影响很大 , 因而必须针对具体系统对调节阀的特 性进行具体分析 。 2 调节阀的特性
性称为阀门的固有流量特性 。
常见的调节阀的固有流量特性有快开 、直线 、
抛物线和对数 (又称等百分比特性) 等 4 种 。引入
相对开度 l 和相对流量 q 两个无量纲量 , 在边界 处 , 对于快开 、直线 、抛物线特性的阀门 , 采用理 想边界条件 , 即
当 l = 0 时 , q = 0;当 l = 1 时 , q = 1 对于对数特性 ,采用半理想边界条件 ,即
管道起点具有 114MPa 的稳定压力 , 稳态流量为
按照 阀 门 流 量 系 数 的 定 义 , Δh 为 011 M Pa
(约合 10 m 水 柱) 时 , 阀 门 可 以 通 过 的 流 量 为
KV , 于是可以列出
10m =
{ K} s2/ m5
{ KV } m3/ h 3 600
2
由此可得阀门的阻力系数 K 与阀门的流量系
— 8 — 阀 门 2004 年第 4 期
文章编号 : 100225855 (2004) 0420008203
调节阀动态特性的数值模拟
刘 刚1 , 方金春2 , 雍歧卫3 (11 海军后勤技术装备研究所 , 北京 100072 ; 21 九江石油化工总厂军代室 , 江西 九江 332004 ;
调速阀出口节流调速系统动态特性研究
液 压缸两腔 的液流 流量方程 ： ｇ（） ＝Ａ （）＋（ ／Ｋ）ｐ／ｔ １￡ １ ｔ Ｖ ｄ １ｄ； ｇ（） ＝Ａ ｕ ｔ ２ｔ ２（）＋（ ／Ｋ）ｐ／ｔ Ｖ ｄ２ｄ； 的总容积 （ ｍ ）；Ｋ为有效体 积弹性模 量． （） ３ （） ４
并进行 试验验 证．
１ 调 速 阀的传 递 函数
在 调速 阀出 口节流调 速系统 中 ，调速 阀串接在 回油路 上 ，如 图 １ 所示 ．若 忽略调 速 阀前 管道的动特 性 ，液压 缸的 出 口流 量与 调速 阀 的 进 口流量 是相等 的 ，即 ｇ ＝ ，并假定 回油背压 为 ０ ｑ ，即 Ｐ （） ＝０． ３￡
２ 其 中 ：Ｃ 为减 压 阀阀 口的流 量 系数 ； 为 减压 阀 阀芯 静态 时 的开 口 １ 定 量 叶 片泵 ；一 溢流 阀 ； 出 一
，、 ．
量 ；Ｐ 、Ｐ 加 Ｐ 分别 为减压 阀 的进 口压力 、节 流 阀的 进 口压力 和 出 ∞ 口压力 的平衡初始 值 ； 为减压 阀弹簧 刚度 ；Ａ为减压 阀阀 芯的有效 作用面 积 ；０为液流流入 减压 阀阀 口的入 射角．
［ 关键词 ］调速阀；出 口节流调速 ；液压缸 ；动态特性
［ 中图分类号】Ｔ ３ ．２ Ｈ １７ ３
【 文献标 志码］Ａ
Ｏ 引言
出口节流调速回路分为回油路串接节流阀的节流调速系统和回油路 串接调速阀的节流调速系统． 在出Ｅ ｌ 节流调速回路中， 执行元件所承受的负载会发生突然变化 ， 形成阶跃负载，使系统中液压缸两
第 ３期
李志红 ，等 ：调速阀出 口节流调速系统动态特性研究
‘１ ２ ９・
２ 建立以负载 Ｆ ｓ 为输入 ，液压缸有杆腔压 力 Ｐ （） ｛） ２ｓ 为输 出的系统数学模型
计算机仿真技术 直流调速系统仿真实验 报告
北京交通大学计算机仿真技术直流调速系统仿真实验报告姓名： ***学号： *****(1005班)老师：王****仿真日期： 2013/5/10-2013/6/25目录一、电机开环特性仿真 (2)二、转速闭环控制 (2)三、电机起动特性 (3)四、压斩波器供电 (4)五、降压斩波器由电网供电 (4)六、课程总结 (5)直流调速系统仿真一、电机开环特性仿真利用matlab simulink 绘制连接图如下，并仿真出转速n 的波形如下：根据仿真结果求出空载时的转速n 为1141.75rad/s ，978.56rad/s ，以及静差率s 。
由1667.056.97856.97875.11411s =-=-=∆=nn n nn （复习：静差率是指电动机在一定转速下运行时，负载由理想空载变到额定值时所产生的转速降落与理想空载转速之比值）二、转速闭环控制电机电枢联接受控电压源，转速控制器为比例-积分控制器，转速指令为1130rpm 。
仿真原理框架图为下图3：绘制仿真连接图如下：（1）当PI 分别取1,1时，仿真转速n 波形为图5；当PI 分别取1，1时电枢电流波形为图6；图4（2）改变PI 的值，以改善电机响应的动态特性PI 去0.5，20时仿真转速n 波形为图7； 将PI 去0.5，20时电枢电流波形为图8；计算：测量超调量2681.011301130-1433)(y )(%==∞∞-=y σ；动态响应时间约为为：0.7s（3）继续改变PI 值为10,1时仿真：PI去10,1时仿真转速n 波形为图9； 将PI 去10,1时电枢电流波形为图10；计算：测量超调量5575.011301130-1760)(y )()(y %==∞∞-=y tp σ；动态响应时间约为为：0.05s 由（2）（3）比较可以看出PI 的值可以决定电机启动动态特性，PI 值相差较大时动态特性也相差较大。
（4）由仿真过程可以看出，改变PI 的控制值，可以改变相应的超调量和响应时间，即动态性能。
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立 系统 的数 学模型 如下 ［ ］
ｚ 厂ｃ＋ 一 ＝一 击 走
一
１
泵 ） 流源 Ｓ （ 电机 、 量泵 、 、 ｆ发 定 传动轴 ）转 换器 ＭＴ 、 Ｆ和
１１ ＝
回转器ＭＧＹ。 将这 些基本元 件按 照一定 的方法相连 即
收 稿 日期 ：０ ６０ —８ ２０ —４１
半
作 者 简 介 ： 恒 丽 （９ ７ ）女 ， 北 永 年 人 ， 学 硕 士 ， 刘 １７一 ， 河 工 天津 商 学院 艺 术 设 计 系 助 教 。
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［ 自控 ・ 捡 ］
刘恒 丽
调 速 阀 动 态 特 性的 计 算 机 仿 真
ｏｅ ｄ 命令 进行 仿真 。 了更好 地 进行 编程 ， 为 把上 述 的数
学模型写 成下面 的形式
ｍ］ ，（＋ ） 一 一 一走 忐
Ｉ ３１。。２。 ． ４ｄ［］ Ｒ Ａ 。 ３ １ 。。 ２ 。 ｜ ２ ＋ ． ４ｄ ［ ］ ｌ Ｃ ｐ
０７
一 Ｉ Ａ “
刘 恒 丽
（ 天津 商学 院 艺术设 计 系 ，天津 ３ ０ ３ ） ０ １４
摘 要 ； 了更有效地研 究调速 阀的动 态特性 ， 它接到一 个易于显 示阀的动 态特性的 系统 中， 为 把 然后 利 用功 率键 舍 图法
建 立 系统 的键 图模 型 扣 数 学模 型 ， 最后 用 ＭＡ Ｌ Ｂ 软 件进 行仿 真 ， 而 能 快速 且 准确 地 得 出 系 统 压 力 和 阀芯 的位 移 随 ＴＡ 从
流 阀作为定 压 阀是 常开 的 ， 而 保证泵 的 出 口压力 的 从
。
ｅ
。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ＆
恒定 。我们研 究 了电磁 阀从 闭合 到开启 瞬间调 速 阀 ］
的动态 响应 。 图 ２ 调 速 阀 系 统 的键 合 图
，
２ 建 立数学 模型
在画 出该 系统 的键 合 图后 ， 建立 系统 的数 学模 型 就 比较简单 了 。 系统 的状态 变量 为泵腔 （ 包括 管道 ） 中油 液动 态压缩体 积 ； 为调 速 阀 中定 差减 压 阀油 液 ｚ
１ 建 立键 图模型
的 为调速 阀阀芯 等效质 量 ； 源元 的 ， 为液 压泵理 论
流 量 ，， 为调速 阀弹簧 预紧力 。
为了更 方便 的研 究 调速 阀 的动 态特 性 ， 它 接人 把
图１ 所示 的系统 中 。该 系统 内定量 液压泵 （ 视为 流源 ）
供油 ， 液经 二位二通 电磁 阀及调速 阀后 回流油 箱 。 油 溢
时间的变化 曲线 。因此利用这种 方法进行仿 真， 对研 究调速 阀的性能和对其进行设计改进都有积极的作用。
关 键 词 ： 速 阀 ； 真 ； 率 键 合 图； ＴＬ 调 仿 功 ＭＡ ＡＢ
中 图分 类 号 ： Ｐ ９ ． Ｔ ３ １９
文献 标 志 码 ： Ａ
文章 编 号 ：０ ５２ ９ （０ ７ ０—０ ２０ １ ０—８ ５ ２ ０ ）２０ ８—２
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第２ ５卷 第 ２期 ２ ０ ４月 ０ ７年
轻 Ｉ祝 搬
Ｌｉ ｈ ｎ ｓ ｒ ￣ ａ ｈ ｎｅ ｙ ｇ ｔＩ ｄｕ ｔｙ Ｉ ｅ ｌ ｒ ｆ
Ｖｏ ＿ ５Ｎｏ ２ ｌ２ ．
Ａｐｒ ２ ０７ ． ０
［ 自控 ・ 检测］
调速 阀动态特性 的计算机 仿真
按 照上述 理 论 和方 法 ， 图 １所 示 的调 速 阀 系统 对
ｔｓ ｌ
１ Ｏ
０ 概
述
可 构成 系统的键合 图［ 。 ３ ］ 图２ 为调 速阀 系统 的键 合 图。 中阻性元 的 Ｒ 为 其 液 压泵泄 漏液 阻 ， 为溢 流 阀液阻 一 为调 速 阀中减 Ｒ
调速 阀是一种流量控制 阀 ， 它能控 制系统 的流量保
持不变 ， 且稳速性好 ， 广泛应用 于液压系统 中， 尤其是 负
图 ３ 泵 出 口压 力 对 时 间 的动 态 响应
［ ］： ２
一
Ａ 一
仿 真参 数 的设＆ 仿 真 时非 常重 要 ， 既关 系 到 屯 屯 文 置在 Ｌ Ｌ ｎ 它 模型求 解 的精 度 ， 直接影 响计算 机 的求 解时 间。 又 根据 数值分 析理 论 ， 容许 误 差 限为 ０ ０ １可 以在 绝 大多 取 ．０ 数情况 下满足需 要 。
图 １ 调 速 阀 系统
动 态 压缩 流体 积 ； 调速 阀 阀芯 动量 。 据流 经减 压 Ｐ， 根 阀和节流 阀的流量 相等 的关 系 ， 结合键 合 图的规则 ， 建
按 照键合 图理 论 ， 述一个 工程 系统 时 ， 描 主要 使用 容 性元 件 Ｃ（ 电容 器 、 液压 系 统 的蓄 能器 、 液 的可 压 油 缩 性和管道 的弹性 产生 的容性 ） 阻 性元件 Ｒ（ 、 电阻 、 摩 擦 力 、 阻 ） 惯性元 件 Ｉ 电感 、 感 、 械 系统 的质 量 液 、 （ 液 机
・ ３ ８・
户 ＝ ｓ＝ ＝
＝
＿
Ａ 一
一 ，
其 中： ｄ为 管道直径 ； 为 阀芯 端面积 。 Ａ。 ３ 计算机 仿真 该 系统 的数 学 模 型是 非线 性 的一 阶微 分 方程 组 ， 可 采 用 变 步 长 的 Ｒ ｎ ｅＫｕｔ ｕ ｇ— ｔ ａ法 和 ＭＡＴ ＡＢ 中 的 Ｌ
载变化的系统 。 因此研究 其动态特性对 它的设计 改进 和
压 阀 口液阻 ， 为 调 速 阀 中节 流 阀 口液阻 ； 性元 的 Ｒ 容 Ｃ 为 液压 泵管 道 液容 ， Ｃ 为调 速 阀弹簧 柔 度 ； 惯性 元
更好地应用具有 实际意义［ 。 文采用 功率键合 图法 和 １本 ］ ＭＡＴ ＡＢ软 件对 系统 进行 建模 和仿 真 ， 而 更 加 简 Ｌ 从 单、 快速和准确地得 出了调速 阀的动态特性曲线 。