非对称液压缸的动态特性仿真研究_郝前华
非对称缸电液伺服系统分析和设计
np s + FL / A1 p1 = p = 1+ n
' 1
p s − FL / A1 p2 = p = 1+ n
' 2
∆P ＝0 1
∆P2＝0
压力突跳不存在了
哈工大电液所 IEST Lihr@
10
15
15
P2 （MPa ）
P1 （MPa ）
10 5 0 -2 -1 0 1 FL （N ） 2 3 104 P1 ,P 1 ' ,P10
n Ps + FL / A1 P = 1 + n3
3 ' 1
液压缸换向时压力突变值为： 无杆腔：
2 nP (1 − n ) ' s ∆P 1 = P 1 −P 1 = 1 + n3
有杆腔：
2 (1 ) P − n ' s ∆P2 = P2 − P2 = 1 + n3
7
哈工大电液所 IEST Lihr@
无杆腔：
有杆腔：
哈工大电液所 IEST Lihr@
12
15
15
10
p'
1
10
p
1
P1(MPa)
5
P2(MPa)
P2' 5 P 0
2
0
-5 -2
-1
0
1 FL(N)
2
3 x 104
-5 -2
-1
0
1 FL(N)
2
3 x 104
液压缸无杆腔的压力变化(m≠n)
液压缸有杆腔的压力变化(m≠n)
2.1对称阀控制非对缸系统的结构原理
v FL(=mLg) mL
w1 =w2 =w3 =w4 = w
液压缸的动态特性与控制策略研究
液压缸的动态特性与控制策略研究引言：液压系统在工程领域中具有广泛的应用。
其中，液压缸作为液压传动的核心元件，承担着控制和运动传递的关键任务。
液压缸的动态特性及其相应的控制策略对于确保系统的正常运行至关重要。
本文将深入探讨液压缸的动态特性以及常见的控制策略，并提出一些优化控制方法，以期改善液压系统的性能。
1. 动态特性分析液压缸的动态特性是指其在工作过程中所表现出来的响应速度、稳定性和精确度等方面的特性。
其中，响应速度是液压缸重要的指标之一。
1.1 响应速度液压缸的响应速度取决于液压系统中的压力、液体流量以及液压缸本身的结构和参数。
通常情况下，提高液压缸的响应速度可以通过增加油液流量、优化液压系统以及提高液压缸的阀门和密封件等方面来实现。
然而，这些方法并非都能达到理想的效果，因为液压缸的响应速度与油液的压力、温度以及负载情况等因素都存在关联。
1.2 稳定性与精确度液压缸的稳定性和精确度对于一些对运动要求较高的工作场合尤其重要。
在使用过程中，液压缸会受到外界环境、工作压力和工作负载等因素的影响，这可能导致液压缸的稳定性下降，甚至发生泄漏等问题。
此外，液压缸的精确度也需要得到保证，以满足工程实际要求。
2. 控制策略介绍液压缸的控制策略主要包括位置控制、速度控制和力控制。
不同的控制策略适用于不同的工作任务。
2.1 位置控制位置控制是常见的液压缸控制策略之一。
通过控制液压缸的位置来实现对工作系统的控制。
位置传感器可以用来获取液压缸的位置信息，并通过相应的反馈信号对液压缸进行调整和控制。
2.2 速度控制速度控制是控制液压缸运动速度的一种策略。
通过控制液压缸的流量和进出口压力，可以调节液压缸的运动速度。
此外，安装流量阀和调速阀等装置也可以实现对液压缸速度的控制。
2.3 力控制力控制是控制液压缸输出力的一种策略。
通过在液压系统中安装力传感器，并实时监测液压缸的力信息，可以控制液压缸的输出力。
这一策略常用于需要保持恒定力的工作场景，如机械加工过程中的切削和压合等操作。
四通阀控非对称液压缸微分前馈伺服控制方法分析
四通阀控非对称液压缸微分前馈伺服控制方法分析
冯占祥
【期刊名称】《现代制造技术与装备》
【年(卷),期】2024(60)1
【摘要】非对称液压缸的左右两腔有效面积不同,导致其动态特性和控制策略相较于对称液压缸更为复杂,提出四通阀控非对称液压缸微分前馈伺服控制方法。
建立四通阀控非对称液压缸的数学模型作为被控对象,设计一个微分前馈控制器应用于伺服系统,根据输入指令和反馈信号实时调整四通阀的开度,实现对非对称液压缸的控制。
实验结果表明,设计方法下阀控非对称缸伺服系统跟随响应曲线的滞后时间为0.024 s,幅值衰减5%,在伺服系统控制要求的允许范围内。
【总页数】3页(P185-187)
【作者】冯占祥
【作者单位】张家口宣化华泰矿冶机械有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TP2
【相关文献】
1.对称四通阀控非对称液压缸伺服系统动态特性研究
2.基于非对称阀控非对称液压缸的前馈干扰补偿器设计
3.基于对称四通阀控非对称液压缸的电液比例位置控制系统建模与仿真
4.四通阀控非对称液压缸伺服系统的动态特性
5.四通阀控非对称液压缸系统控制器优化设计
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基于非对称阀控非对称液压缸的前馈干扰补偿器设计
基于非对称阀控非对称液压缸的前馈干扰补偿器设计作者：郭欣欣秦琴郑凤武来源：《电子世界》2013年第11期【摘要】针对非对称阀控非对称液压缸，本文推导了其传递函数。
然后为了消除外负载干扰力的影响，根据结构不变性原理设计一个前馈干扰补偿器。
最后，分别采用硬件形式和软件形式实现了前馈干扰补偿器，为理论的实际工程应用提供了途径。
【关键词】结构不变性原理；前馈干扰补偿器；软硬件实现1.引言非对称液压缸具有承载能力大、结构简单以及占用空间少等许多优点，在实际中工作中得到了大量的应用（非对称阀控制非对称缸的结构示意图如图1所示）。
非对称阀控制非对称缸液压伺服系统存在外负载力干扰信号，而这种干扰信号会降低液压伺服系统的控制品质，并且当干扰信号淹没控制信号的时候，会使系统控制失效，发生故障。
针对干扰信号补偿器的设计方法有许多种，本文运用结构不变性原理[1]设计了一种前馈补偿器，以期消除或大幅度抑制干扰信号的影响，并且前馈补偿不会改变系统的极点分布，因此不会影响到系统的稳定性。
图1中：Q1为液压缸无杆腔的流量（m3/s）；Q2为液压缸有杆腔的流量（m3/s）；PS为供油压力（Pa）；P0为回油压力（Pa）；A1为液压缸无杆腔的有效作用面积（m2）；A2为液压缸有杆腔的有效作用面积（m2）；P1为液压缸无杆腔压力（Pa）；P2为液压缸有杆腔压力（Pa）；FL为折算到活塞杆的等效干扰力（N）；Xp为液压缸活塞杆位移（m）；为活塞及负载折算到活塞上的总质量（kg）；Xv为阀芯位移（m）；Bp为活塞及负载的粘性阻尼系数（kg·m）；K为负载弹簧刚度（N/m）；为非对称阀1、2阀芯窗口的面积梯度（m）；为非对称阀3、4阀芯窗口的面积梯度（m）。
一般载体多为没有弹性或弹性很小可忽略，所以讨论没有弹性负载的情况（即K=0）更为合适，并可简化方程。
另外，粘性阻尼系数Bp一般很小，由粘性摩擦力BpsXp引起的泄漏流量所产剩的活塞速度比活塞的运动速度sXp小得多，即，与1相比可忽略不计[3]。
对称四通阀控非对称液压缸系统的建模与仿真
ｌ Ｐ ｓ － Ｐ Ｌ
２ ０１ ５ ． ０ ９建设机械技术与管理 ８ ７
个节 流窗 口是 匹配 和对 称 的，供 油压 力 恒定 ，回油压 力 为零 。则可 建立 阀的线性 化流量方程 为 ［ ４ ］ ：
ｑ Ｌ ＝Ｋｑ ｘ 一 Ｋ ￡ （ ５ ）
一
ｑ ｌ ＋ ｑ ２
ｇ ｌ ＋ｇ ２
在式 （ ７ ）和 （ ８ ） 中，外 泄 露 流 量 Ｃ ｅ ｐ Ｐ 和Ｃ ：
通 常 很小 ，可 以忽 略 妞果 压 缩 流 量 和
吼
一
（ ６ ） － ２ ｖ 亟 相 等 ｑ ｄ ｔ … 一 ｌ ＝２ ｕ ｑ ２。 。
以滑 阀为研 究 对 象 ，假 定 阀与液 压 缸 的连 接 管道
对 非对 称 液 压 缸 的分 析，建 立 了对 称 四通 阀控 制非对
Ｐ 一Ｐ
（ ３ ）
由式 （ １ ）～（ ３ ）可得 ：
Ｐ ， ＋ ２ ￣ Ｐ Ｌ
（ ４ ）
称 液压 缸的数 学模 型 ，利用 ＭＡＴ Ｌ ＡＢ中的 Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｉ ｎ ｋ 工具包 建 立了系 统的仿真模 型 ，并结合 实际例子对其 动 态特性 进 行 了仿真分析 。
—
— －
：
２（ ］ ￣ Ｐ １ ） ＝
＇
Ｓ
（ ２ ）
ｐ Ｓ
Ｐｏ
式中 ： Ｃ ｄ一 流量 系数 ； Ｗ一 阀的面积梯度 ／ ｍ； Ｐ 油液密度 ／ （ ｋ ｇ ／ ｍ １ 。 定义负载压 力 Ｐ Ｌ 为：
＝
图１ 对称 液 压 缸也 称为 单杆 活塞 缸 ，与对 称 液压 缸
豳长安大学 道路施 工技术与装备教 育部重点实验 室 刘 航／ Ｌ Ｉ Ｕ Ｈａ ｎ ｇ 谢 东／ ＸＩ Ｅ Ｄ ｏ ｎ ｇ 赵 ’ ￣／ Ｚ ＨＡ Ｏ Ｗｕ
对称四通阀控非对称液压缸动态分析
２ ２ 建立 系统 方程 ．
参数见 图 ２ 。
建模和仿真。在仿真计算过程中 ， 考虑输入量及干
扰量的存在 ，输出结果 能直观反应 出干扰量 的影 响。本文根据某 ２０ｔ ０ 平板车实际数据 ，对系统 的
某些参数进行修正 ，实现转 向系统 比较理想 的控制
结果 。
图 ２ 对 称 四通 阀控 非对 称液压缸
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对 称 四 通 阀控 非 对 称 液 压 缸 动 态 分 析
大 连理 工 大 学
摘
史显 忠
屈福 政
要 ：转 向系统是大型平板车行驶 的核 心部件 。对 由对称 阀控非 对称 液压缸 组成 的转 向系 统 的动态特 性
进行研究 ， 应用 Ｍ ｔｂ ａａ 所提供 的 Ｓ ｕｎ 进行建模 、仿真 ， ｌ ｉ ｌｋ ｍｉ 为转 向系统设计 提供 参考 。
Ｑ Ｃｌ／ 。 ｄＸ ： Ｏｖ ）， ＼
’
一
（ １ ）
６７ —
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３２ 建立仿真程序 ，得 出仿真结果 ．
根 据 系统动 态方 程及 方块 图 ，确定 以阀芯 位 移
ｇ 要 ＜ 曝 阻尼系数、弹簧刚度 以及外负载等。
上系统压力曲线和液压缸位移曲线 。通过调整系统 的阻尼 ，可以得出以下结论 ：在 阶跃信号输人 的前 ０６Ｓ ． 内，由于伺 服阀芯 的瞬态滑移 ，液压缸 的运 动参数 变化较 大 ，０６Ｓ ． 之后 ，曲线趋 于平稳 ，此
时 ，系统 处 于稳定 工 况 。阻 尼越 大 ，振 荡越 小 ，超
（）滑 阀响应 为 理想 状 态 ，阀 的 ４个 节 流 口匹 １
配对 称 ；
（）节流 口流动状态为紊流 ； ２ （）供油压力 Ｐ 为恒定 （ ３ 恒压 ） ； （）温度和密度均为常数 ； ４ （）不考虑管路 的动态影响和沿程损失 ； ５ （）不考 虑 液压 缸 内泄 漏情 况 … ６ １。 设 ２Ａ ＝凡 ／ １ ，负载压力 Ｐ ＝ １ ｐ ，＂ １ Ｌ Ｐ 一ｎ２ Ｑ ＝
比例阀控制非对称液压缸系统的非线性建模与仿真
本 文 以 电液位 置 控 制 系统 为 研 究 对 象 ， 首 先建 立
在式（ １ ）～ 式（ ３ ） 中， 消去 中 间变 量 Ｑ 和Ｑ ， 以 阀 芯位移 为输 入 ， 以两腔 压力 Ｐ 。 、 Ｐ 以及 活塞杆 的位 移 Ｙ和速度 Ｙ为状 态变量 ， 在 ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ中编 辑 Ｓ － Ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ 便 可得 到 阀芯正 向移动 时 的阀控缸 模型 。 同样 阀芯 负 向移动 的模 型可 根据式 （ ４ ）～式 （ ６ ） 得到， 两 者 可通 过
控 非对 称缸 整个 闭环 系统 的仿 真分 析 ， 为 系统 的设计 提供 指 导 。 关键 词 ： 比例 阀 ； 非对 称缸 ； 非 线性模 型 ： 仿 真 中 图分类 号 ： Ｔ Ｈ１ ３ ７ 文 献标 志码 ： Ｂ 文章 编号 ： １ ０ ０ ０ － ４ ８ ５ ８ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ － ０ ０ ２ ５ － ０ ５ 引言
称会 不会 超 出额 定流 量 ， 这 些疑 问都 使 考查 系统的 中间状 态显得 非 常重要 。 签 于此 ， 该 文建 立 了阀控 非 对称 缸 的非 线性微 分 方程 模型 ， 同时在 Ａ ＭＥ Ｓ ｉ ｍ 液 压仿 真软 件 中建 立 了相 同的模 型 以进 行 对 比验 证 ， 最后 进行 阀
差 分析 ， 很难 把握 系统 的 中间状 态（ 如 液压缸 两腔压 力和 流 量的 变化 ） 。 而直接 以物理 微 分 方程 建 立起 的 阀 控缸 非 线性模 型 可 方便 地 进行 数值 仿 真分 析 ， 从 而 对 系统 的 中间状 态有 直接认 识 。 当采 用 对称 阀控 制 非对
的开 环和 闭环 传递 函数 。这 种方 法对 分 析 系统 的稳定 性 和稳 态 误差 非常 有效 ， 但 对一 些 中间变 量 ， 如液 压缸
泵控非对称液压缸系统能效特性对比研究
泵控非对称液压缸系统能效特性对比研究王波;李运华;赵斌;葛磊;权龙【摘要】以现有对称泵控非对称缸系统和新型三油口泵控非对称缸系统为对象,对四象限工况下两种系统的能效特性进行了对比研究.介绍了两种系统的工作原理,对系统能效进行了理论分析,进一步在Simulation X软件中进行了仿真研究,并讨论了负载力大小对系统能效的影响.仿真结果表明,与对称泵控系统相比,三油口泵控系统第Ⅰ象限内,可提高系统能量效率7.6％,减少系统能量损失66％;第Ⅲ象限内,可提高系统能量效率21.2％,减少能量损失86.4％,因此具有更好的能效特性,节能效果显著.【期刊名称】《液压与气动》【年(卷),期】2018(000)010【总页数】7页(P8-14)【关键词】对称泵;三油口泵;四象限工况;能效特性【作者】王波;李运华;赵斌;葛磊;权龙【作者单位】太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室,山西太原 030024;北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院,北京 100191;太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室,山西太原 030024;太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室,山西太原 030024;太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室,山西太原030024【正文语种】中文【中图分类】TH137引言传统液压阀控系统响应速度快、控制精度高，但存在节流损失大、系统效率低和能量浪费大等问题[1]。
为了提高系统能量效率，最直接的方法是采用泵控系统，通过控制液压泵的排量或转速，直接无节流损失地驱动液压执行器，具有较高的能量效率[2]。
根据执行元件的不同，泵控系统进一步可分为泵控对称缸(马达)和泵控非对称缸两种。
其中，泵控对称缸系统研究起步较早，技术成熟，已广泛应用于飞机舵机等系统。
而泵控非对称缸系统、液压泵流量与液压缸两腔面积不匹配，如何补偿液压缸面积差造成的不对称流量是其需要解决的首要问题[3]。
关于非对称缸液压跃变问题的分析
0 引言
非对称液压缸也称单出杆缸，因其具有工作空 间小、结构简单和成本低廉等诸多优点而早已被广 泛采用，在汽轮机调门控制中几乎都采用伺服阀控 非对称缸控制，但相对于阀控对称缸而言，非对称 缸系统在特性上有很大的变化，分析也比较麻烦。 在汽轮机 DEH 控制中，经常会出现由于非对称缸结 构所固有的动态特性非线性，伺服阀换向时，液压 缸两腔压力就会产生压力跃变，影响 DEH 控制系统 的特性，造成调节汽门的波动，以致整个机组的转 速波动，负荷摆动等结果，所以有必要对伺服阀控 非对称缸工作过程中产生的压力跃变现象进行分析 及处理，降低油缸的压力跃变，改善整个 DEH 控制 特性，提高机组运行品质。
B 0
+P （11） PP ,( A→ B ) =(7) +(9) 1.0 0.9 0.8 0.72 0.64
A B 0
+P （11） PP ,( A→ B ) =(7) +(9) 1.0 0.57 0.33 0.21 0.14
A B 0
+P （12） PP ,(B→ A ) =(8) +(10 ) 1.0 1.0 1.2 1.2 1.3
得：
3
，
FB FA = P0 − PB FB
2
FA PB = P0 − PB FB
（5）
F F A A 0 − P B = P B F P F B B
3
3
F 3 F 3 A A P 1+ B 0 F = F P B B
2
3
（6）
（3）
当F
A
= FB
时， P
A
+ PB = P0
对称比例方向阀控制非对称缸在矫直机辊缝自动调节上的应用
对称比例方向阀控制非对称缸在矫直机辊缝自动调节上的应用张柏森，李松，宋锦春，佟琨【摘要】摘要：介绍一种采用液压比例阀控制辊缝的新型管材矫直机的液压控制系统，通过PLC控制比例阀来控制液压缸位置，达到辊缝的自动调节和偏差补偿。
此新型管材矫直机采用8个阀控缸系统，实现辊缝自动调节，自动化程度高，辊缝调节简便。
在8个阀控缸系统中，由于对称阀控制非对称缸难度较大，只针对其中的非对称缸系统采用DSHplus软件进行了建模和仿真分析。
对对称阀控制非对称缸系统特性进行进一步的探讨，与对称阀控制对称缸系统进行比较，并针对对称阀控制非对称缸系统的两种常见补偿方法进行建模仿真，分析其补偿效果。
【期刊名称】机床与液压【年(卷),期】2012(040)013【总页数】4【关键词】矫直机;比例位置控制;对称阀控制非对称缸;辊缝自动调节矫直机是管材生产线上重要的精整设备。
对管材进行精密矫直，可以消除管材加工过程中由于外力作用、温度变化及内力消长产生的挠曲和变形［1］，保证管材的直线度和圆度［2］。
传统的矫直机辊缝采用电机通过减速机驱动丝杆旋转调节，调节距离由表盘指示［2］，机械结构复杂，调节过程费时费力。
当矫直管材的型号变更时，需要重新进行调节，耗费大量时间。
此矫直机用于钽铌管材的矫直，矫直管材型号多（直径15～70 mm，壁厚2～6 mm），矫直后管材直线度要求高（0.5 mm/m），辊缝控制精度要求高（不大于0.1 mm），要求自动调节。
为实现这一要求，采用精度高、响应快的比例阀控缸系统控制辊缝。
液压系统控制辊缝的另外一个优点是能够对管材进行有效的保护，在液压缸进行位置控制的同时，当由于管材变形过大导致矫直力过大时，上部6个压下液压缸通过比例溢流阀溢流而放弃位置控制，允许管材在较大辊缝中通过，得到保护。
由于在参数相同情况下，对称阀控制对称缸比控制单出杆非对称液压缸的动态性能好［3］，此矫直机的6个上辊采用对称缸，下部2个反弯辊的控制液压缸由于受主机尺寸限制，采用单出杆缸，位移传感器内置（如图1）。
对称四通阀控非对称液压缸伺服系统动态特性研究
摘要 : 对称四通阀控对称液压缸的分析结果对对称四通阀控非对称液压缸动 态特性研究已不适用 。在建立对称四通阀控非对称液压缸动态数学模型的基础 上 ,利用 Matlab 中的 Simulink 构建了仿真模型 , 并结合具体系统对其动态特性进 行了仿真研究 ; 通过试验得到了实测阶跃响应曲线和输出位移曲线 。对比分析可 以看出仿真结果与试验结论基本吻合 ,论证了动态数学模型的正确性 ,同时表明计 算机仿真是研究该类系统动态特性的有效途径 。 关键词 : 伺服阀 ; 非对称液压缸 ; 动态特性 ; 仿真与试验 中图分类号 : TH137. 52 文章编号 :1004 - 132 Ⅹ( 2004) 06 - 0471 - 04
FJ x p = 0 FM =
¨
・ ¨ (・ x p / | x p | ) FD x p ≠0
式中 , m p 、 B p 分别为活塞和负载折算到活塞上的总质量 与总阻尼系数 ; kp 为负载的弹簧刚度 ; x p 为液压缸位移 ;
FL 为外负载力 ; FM 为摩擦力 。
以上方程完全描述了对称四通阀控非对称液 压缸的动态特性 , 是动态特性研究和建立仿真模 型的基础 。
本文在对对称四通阀控非对称液压缸建模的基础上所得结论对该类系统的设计具有一定的指导意义分别为活塞和负载折算到活塞上的总质量与总阻尼系数kp为负载的弹簧刚度fl为外负载力fm为摩擦力以上方程完全描述了对称四通阀控非对称液压缸的动态特性是动态特性研究和建立仿真模型的基础动态特性的数学描述假定阀匹配对称仿真分析仿真模型matlabsimulink为系统仿真提供了强大且不考虑管道的动态损失则对称四通阀控非对称液压缸的动态特性可由伺服阀流量方程伺服阀液压缸流量连续方程和液压缸力平衡方程等描述伺服阀流量方程按照根据数学模型可直接建立系统的仿真模型为若干个子系统
阀控非对称液压缸自适应非线性控制研究
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从公式!- $ % !* $ % !!$ $ 和 !!! $ 可以看出"
非对称缸正反向运动时" 其负载流量和两腔的压
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重 型 机 械%% %%%%%%%%%%%%%%%%&$&& 8,O!
模型& 研究控制系统" 建立控制算法数学模型" 需
要注意的是" 非线性控制系统相较复杂" 并存在 全部或部分参数未知" 则非线性控制往往需要与 自适应控制相结合& 在非线性控制领域中" 具有 代表性% 广泛性应用的方法是反步法& &$ 世纪 "$ 年代" oAGH6Cb等人)** 提出了一种处理非线性 问题的方法---反步法" 该方法得到了广泛的应 用)/* & 在自适应控制领域" 文献)"" !$* 用输出 反馈的方法实现了对液压缸的自适应控制" 该控 制主要 适 合 只 有 位 移 输 出 已 知 的 情 况# 文 献 )!!" !&* 采用自适应反步法研究阀控缸系统的 位移和受 力 控 制& 另 外" 学 者 d45)!# ,!W* 采 用 投 影法和反步法相结合" 进行非对称缸的控制算法 设计& 在综合参考上述文献的前提下" 由于本文 所研究的阀控缸系统所有状态已知" 而部分参数 未知" 因而适合采用自适应反步法进行控制&
基于Simulink模型阀控非对称缸系统动态特性分析
14
常 州 信 息 职 业 技 术 学 院 学 报
2008年 8月
无杆腔 :
Q2
=
-
V2
β
e
d p2 dt
- dV2 dt
- cec p2
+ cic ( p1 - p2 )
=
-
(V20 - A2 y) β
dp2 dt
+A2
dy dt
-
cec p2
+ cic
pL )
( 13 )
Cd w xv Kc+ =
当 xv < 0时 :
ρ( 1
2 + m3 )
( ps
-
pL )
2 ( ps - pL )
Kq- = Cd w
ρ( 1
2 + m3 )
(m ps
+ pL )
( 14 ) ( 15 )
Cd w xv Kc- =
ρ( 1
2 + m3 )
(m ps
+ pL )
A1 , A2 无杆腔和有杆腔的有效作用面积 , m2 ; m
为常数 。
液压缸在稳态时总能满足力平衡方程和流量连
续性方程 :
p1 A1 - p2 A2 = FL
(2)
Q1 A1
=
Q2 A2
即
Q2
= mQ1
(3)
式中 p1 ———液压缸无杆腔的压力 , Pa;
p2 ———液压缸有杆腔的压力 , Pa;
Key words : Simulink model; valve controlled asymmetric cylinder; dynam ic p roperty; simulation
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第 6期
郝前华等 :非 对称液压缸的动态特性仿真研究
9 87
由铲斗自重 通过 连杆 传 递到 活塞 杆上 的 负载 力 FL′。 该 负 载力 FL′与铲 斗液 压 缸瞬 时 长度 L有 关 [ 10] 。 为简化分析 , 假设在时间 t=0时 , 对液压缸输入一阶跃负载力 FL =2 500 N, 同时输入一阶跃 流量 Q1 =110 L/min。
第 6期
郝前华等 :非 对称液压缸的动态特性仿真研究
9 85
现加速或减速的瞬态过程 。非对称液压缸的动态特性分析就是对这一瞬态过程中的输出压力和活塞运 动速度变化进行分析 [ 4] 。对液压系统的动态特性 , 国内有很多学者做了研究 。罗艳蕾 [ 5] 对液压节流调 速系统动态特性进行了仿真 , 崔昊等 [ 6] 对一开关型阀控液压缸进行了仿真与优化 , 史显忠等 [ 7] 对由对
根据式 (7)、(8)可求得外负载和流量单作用下液压缸活塞的速度 , 根据式 (9)、(10)可求得外负载 和流量单作用下液压缸工作腔的输出压力 。在外负载和流量的共同作用下 , 由叠加原理可知 , 液压缸的 输出压力和速度是它们单独作用于液压缸所引起的输出之和 。
根据式 (5)、(6)和图 2非对称液压缸方框图 , 在 MATLAB软件中建立铲斗液压缸仿真模块图 , 如图 3所示 。
质量 (kg);u为非对称液压缸活塞运动速度 (m/s);B为
粘性阻尼系数 (N· s/m);FL为负载力 (N)。 非对称液压缸工作腔的流量连续方程 [ 4]
图 1 非对称液压缸 ——— 负载系统 Fig.1 Theloadedsystem ofasymmetrical
Q1 =A1 u+CiP1 +Vβe1 ddPt1 ,
A1 P1 (s)=(ms+B)u(s)+FL(s),
(3)
Q1 (s)=A1 u(s)+ Ci +Vβ1esP1 (s),
(4)
非对称液压缸的输入量为流量和外负载 , 输出量为速度和力 , 因工作腔的工作压力反映输出力 , 故
输出量为非对称液压缸活塞速度和工作腔压力 。
取 Q1(s)为输入 , u(s)为输出 , 可作出非对称液压缸的方框图 , 如图 2所示 。
动 , 有杆腔的油液则通过节流阀回油箱 。 为使分析简化 , 假设其回油腔直接通油箱 , 即 P2 =0。 非对称
液压缸的数学模型由活塞的力平衡方程和其工作腔的流量连续方程组成 。 非对称液压缸活塞上力平衡方程 [ 4] 为
A1 P1 =mddut+Bu+FL,
(1 )
式中 :A1 为非 对称液压缸进油腔面积 (m2 );P1 为非对 称液压缸进液腔压力 (Pa);m为非对称液压缸运动部件
Simulationstudyondynamiccharacteristicsof asymmetricalhydrauliccylinder
HAOQian-hua1, HEQing-hua1, 2 , HEJi-lin1, 2 , LIAOLi-da1 , SHUMin-fei1
(1.SchoolofMechanicalandElectricalEngineering, CentralSouthUniversity, Changsha410083, China; 2.HunanSunwardIntelligentMachineryCo.Ltd., Changsha410100, China)
图 2 非 对称液压缸方框图 Fig.2 Theblockdiagram ofasymmetricalhydrauliccylinder
由式 (3)、(4)可求非对称液压缸输出 u(s)为
98 6
广西大学学报 :自然科学版
Байду номын сангаас
第 35卷
A1 Q1 (s)-
u(s)= (A21 +CiB)
Ci
s2 ω2n
第 35卷 第 6期 2010年 12月
广西大学学报 :自然科学版 JournalofGuangxiUniversity:NatSciEd
文章编号 :1001-7445(2010)06-0984-05
Vol.35 No.6 Dec.2 010
非对称液压缸的动态特性仿真研究
郝前华1 , 何清华1, 2 , 贺继林 1, 2 , 廖力达 1 , 舒敏飞 1
① 外负载 FL(s)单作用下的液压缸传递函数为
GFP(s)
=FP1L( (ss) )
= (A21
+CiB)
A1
s2 ω2n
+2ξn
s ωn
+1
。
② 流量单作用下的液压缸传递函数为
(9)
GQP(s)
=QP11 ( (ss) ) =(A21
ms+B
+CiB)
s2 ω2n
+2
ξn
s ωn
+1
。
Abstract:Onthebasisofcontinuityprincipleoffluids, dynamiccharacteristicsofasymmetrical hydrauliccylinderareinvestigatedbymeansofforceequilibrium analysis.Basedontheproposed mathematicalmodelofthecylinder, relationshipbetweendampingratioandnaturalfrequencyis obtainedaswellasthesimulationresultsofdynamiccharacteristicsofhydrauliccylinderofthe bucketofanexcavatorinMATLAB.Thevelocityresponsecurveandpresscurveofthelargechamberrevealthedynamiccharacteristicsvisually.Measurestoincreasethevelocityresponseandto improvethemotionstabilityofthebucketcylinderareproposedbasedontheanalysisofthemain factorsinfluencingdynamiccharacteristics.Thecontradictionbetweendecreasingovershootand increasingresponsespeedofthecylinderneedstoberesolvedbyconsiderationstospecificcircumstances. Keywords:dynamiccharacteristics;asymmetricalhydrauliccylinder;simulation
(10)
2 实例仿真分析
2.1 参数的确定 以山河智能 SWE90挖掘机为对象 , 测得其液压系统中铲斗液压缸相关参数如下 :液压缸内径 d1,
88 mm;移动部分质量 m1, 24.2 kg;铲斗质量 m2 , 252 kg;最大行程 l1 , 730 mm;多路阀至铲斗缸的管道长 度 l2 , 6 000 mm;多路阀至铲斗缸的管道内径 d2 , 12.7 mm;油液体积弹性模量 βe, 1.7 ×109 Pa;粘性阻尼 系数[ 8] B, 13 255 N· s/m。 2.2 仿真模型的建立
+Vβ1esFL(s) ,
+2ξn
s ωn
+1
(5)
式中 , ωn为非对称液压缸固有频率 , ωn = (A21 +V1CmiB)βe;ξn为非对称液压缸阻尼比 , ξn =2(A21 ω+nCiB)
Vβ1eB+Cim 。
取 Q1(s)为输入 , P1 (s)为输出 , 由式 (3)、(4)可求非对称液压缸输出 P1 (s)为
非对称液压缸具有结构紧凑 、工作可靠及生产成本低等优点 , 因而广泛应用于车辆 、工程机械 、矿山 机械等的液压系统中 。非对称液压缸作为液压系统的主要执行元件 , 其动态特性是评价液压系统性能 的一个重要指标 [ 1-3] 。非对称液压缸在输入流量或负载发生变化时 , 输出压力会发生变化 , 活塞就会出
和阶跃负载力的作用下 , 活塞速度和大腔压力经过振荡而趋于稳定 。其性能指标见表 1。
图 4 液压缸速度响应曲线 Fig.4 Velocityresponsecurveofhydrauliccylinder
图 5 液压缸大腔压力曲线 Fig.5 Presscurveofthelargechamberofhydrauliccylinder
(1.中南大学 机电工程学院 , 湖南 长沙 410083; 2.湖南山河智能机械股份有限公司 , 湖南 长沙 410100)
摘要 :根据液流的连续性原理 , 通过对 非对称液压缸进行受力分析 , 研究非对称液压缸的动 态特性 。 在此基础 上 , 提出非对称液压缸的数学模型 , 得到了 液压缸 阻尼比 、固有 频率间 的关系 。 根 据其数 学模 型 , 运 用 MATLAB软件对挖掘机铲斗液压缸动态特性进行仿真 , 得 到了非对称液压 缸的速度 响应曲线和 大腔的压力 曲线 , 直观地揭示了其动态特性 。 通过对影 响铲斗液压缸动态特性的主要因素的分析 , 提出了加 快其速度响应和改 善其运动平稳性的实用措施 , 指出降低铲斗液压缸的超调量 与提高铲 斗液压缸的 响应速度 存在矛盾 , 需要针 对具体情况协调考虑 。 关键词 :动态特性 ;非对称液压缸 ;仿真 中图分类号 :TH137 文献标识码 :A
P1
(s)
=
(ms+B)Q1 (s)+A1 FL(s)