电液伺服加载系统的数学建模

!开发与创新!0引言
电液伺服加载系统是航天工业中飞行器在设计阶段
进行地面半实物仿真试验的重要设备之一,用于模拟飞行器升空及飞行过程中所承受的各种载荷的加载过程,以检验飞行器外壳的强度和其它力学性能,为其优化设计提供可靠的依据O
1电液伺服加载系统性能要求及控制原理
电液伺服加载系统为模拟飞行器实际飞行过程,复
现各种可能出现的情况,实验系统应能够实现多点同时加载
,并具有一定的可扩展性O 这对加载系统的动态~静态性能都提出了较高的要求,包括:!系统能对外加载荷迅速且小超调节器响应 "加载力精确,要求系统的控制误差小于3% #系统的供油压力范围为lOMPa~
l2MPa ,最大加载不超过2SKN $系统抗干扰能力强O
电液伺服加载系统属于静载力伺服控制系统,以单通道为例,其结构原理如图l 所示O
控制信号u ,经过比例放大器和比例伺服阀驱动液压缸对负载施加力F O 压力传感器检测到力F 并产生反馈电信号e ,经A /D 转换后,送入前端控制器,经过控制算法处理得到新的控制量,经D /A 转换送出控制信号
u ,这样循环运行直至检测到的负荷力和系统给定值相
等为止
[l]
0在算法中判断0O
2建立系统的数学模型
参考阀控缸的动态方程建立系统模型,系统的比例
放大器储存在伺服比例阀中,设其整体特性方程为[2]:
p=w(s)u-k b O l 0l 0
式中:P -比例伺服阀的输出压差 w 0s 0-比例伺服阀的传递函数 u -控制电压信号 kb -比例伺服阀负载流量的干扰系数 O l -负载流量O 负载流量连续方程为:
O l =A p ~x p ~s+C t ~P+vt %e
p ~s 020
式中:A p -液压缸活塞的有效面积 x p -液压缸活塞的位移 C t -液压缸总泄漏系数 v t -加载腔及加载油路的等效容积 %e -系统的有效体积弹性模数O 液压缸活塞的力平衡方程:
F=A p ~p=0M t ~s 2
+B t ~s+kab 0
~x p 030
式中:M t -负载及油缸活塞面积质量和 B t -负载阻尼系数 k s -负载弹簧刚度O 根据式0l 0~020~030可以画出系统的开环方框图,如图2所示
[3]
O 根据图2可写
出系统的开环传递函数:
F u
=A p
~w (S)k b ~A p
2
~s M t ~s 2+B t ~s+k s
+k b ~v t ~s %e +k b ~C t +l 040
考虑到液压缸的泄漏很小,可以认为k b ~C t <<l 同时,负载及油缸活塞的等效阻尼与加载力相比很小,可以忽略O 这样,式040简化为:
电液伺服加载系统的数学建模
徐汇音
0苏州机电高等职业技术学校,江苏苏州
2lSO3l 0
摘要"电液加载伺服系统主要应用于飞行器外壳的强度实验s 根据其特点和控制要求s 建立了该系统的
数学模型s 为系统的优化设计提供了理论依据0
关键词"电液伺服系统Z 加载控制Z 数学模型中图分类号"TP27
文献标识码"A
文章编号"l002-667302006006-022-02
收稿日期"2006-09-25
作者简介"徐汇音(!"#!$)s 女s 高级讲师s 工程硕士研究生O 研究方向1机械工程O
机电户垦再左乌创药
Devedopment &Innovation of Machinery &Edectricad Products
Vol.19,no.6
nov.,2006
第19卷第6期2006
年11月图L
电液伺服系统的液压控制原理
fig.L Principle of electro-hydraulic servo control system
(下转第36页)
!产品与市场!
The Mechanism Design of RYJ-II Hot Embossing Machine for Polymer Micro-fabrication
SU Lei 1,2,WANG Xiao-dong 2 LIU Chong 1
(1.Microsystem Research Center,Dalian University of Technology,Dalian Liaoning 116024,China;
2.key Laboratory for Micro /Nano Technology and System of Liaoning Province,Dalian University of Technology,Dalian Liaoning 116024,China Abstract:-ot-embossing machine RY]-II Was developed for manufacturing polymer micro-fabrication by Micro-system Research Center,Dalian University of Technology,Which has larger range of controlled temperature and pressing forces and is applicable to most polymer materials in fabrication of microstructures.Close frame With four columns is adopted and tWo motors driving screWjack is used to realize rapid positioning and generate pressure individually.Some measures Were taken to ensure the tWo surfaces of the heating plates to be parallel and an airproof chamber Which can be used for heat preservation and vacuum realization Was provided.The mechanism of the developed machine is studied and the design characteristic is introduced.Key words:Polymer Micro-fabrication 3Eguipment for Polymer Micro-fabrication 3Machine Design
设计进行了研制O 该设备主体采用能够提高抗偏载能力的闭式四立柱结构 通过双电机独立驱动螺旋升降机实现定位运动和加压 避免了采用一个独立大功率力矩电机 降低了成本 位置和压力分别通过光栅尺和压力传感器进行反馈O 采用了四件联制的镗孔工艺加工的各联接接板\减小装配应力的十字凸起垫片\实现滑动的直线球轴承和精密调平装置等措施 以保证上\下热压头热压表面间的平行O 同时光栅尺的安装一端采用了带直线导轨的设计 降低了光栅尺应力变形对位置精度的影响O 整机设计还预留了可供扩展的密封腔体 便于进行隔热和实现真空等O 设备已经应用于PC \PVC 等聚合物微器件的制作O
参考文献"
[1]Lee GB,Chen S H,Huang G R,et ai.Microfabricated Piastic Chips
by Hot Embossing Methods and Their Appiication for DNA Separation and Dectection.Sensors and Actuators B,2001.[2]Ong N S,Koh Y H,Fi U .Microiens Array Produced Using
Hot Embossing Process.Microeiectronic Engineering,2002.[3]Becker H,Heim U.Hotembossing as a Method for the Fabrication of
Poiymer High Aspect Ratio Structures.Sensors and Actuators A,2000.[4]王晓东,刘冲,马骊群,王立鼎.塑料微流控芯片微通道热压成形机
的研制[J].制造技术与机床,2004,11.
[5]王晓东,刘冲,王立鼎.面向聚合物微结构制作的热压成形设备的
研制[J].中国机械工程,2005,16.
G(s)=F u =
A p W S M t s 2
+k s )V t M t !e
s 3+M t s 2+k b V t k s !e +k b A p !"
2S+k s 5
当系统工作于高压环境下时 液压油的容积弹性模量很大 油的压缩性可以忽略3同时施力系统中 负载的位移很小 则V t 很小O 因此 开环系统可以进一步降级简化 其传递函数重写为
[4]
G (S =A p
W S M t s 2+k s )M t s 2
+k b
A p 2+k s 6
式中比例伺服阀的传递函数W S 可以近似为惯性环节 即 W S = k u k a "b / s+"b ) 式中 k a 比例放大器
的放大系数3k u 比例伺服阀的增益3"b 比例伺服阀的固有频率O 则整个系统的开环传递函数为
G S)=A p k u k a "b M t s 2
+k s )
M t "b s 3+ M t "b k b A p 2 s 2+ k b A p +k s s+k s "b
上式即为电液伺服系统的数学模型O
!结论
1 加载系统的数学模型充分考虑了对加载系统的
性能要求O
2 数学模型经简化后是一个三阶函数系统O
3 理论推导的数学模型 还不能完全用于实际控制过程O 但对其优化设计提供了理论依据O 实际控制过程还要考虑很多非线性因素和不确定性因素O 参考文献"
[1]席裕庚.预测控制[M].国防工业出版社 1993.[2]王占林.近代液压控制[M].机械工业出版社 199 .
[3]高纪念 等.电液控制技术及其应用[M].石油工业出版社,1993.[4]李福义.液压技术与液压伺服系统[M].哈尔滨船舶工程学院出版社,1992.
图2
系统开环方框
fig.2Split-ring sguare of system
The Mathematics Modeling Based on Electro-hydraulic Loading Servo System
XU Hui-yin
Suzhou
-igher Vocational School of Mechatronic Technology Suzhou ]iangsu 215031 China
Abstract:Electro-hydraulic servo loading system is mostly applied to the strength test of aircraft skin in the aviation industry.The mathematical model is built based on the characters of electro-hydraulic servo loading system and control is carried out Which is
offered the theoretical foundation for system optimization design.
Key words:Electro-hydraulic servo system 3loading control 3mathematical model
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