阀控液压马达速度伺服系统仿真分析_贾文铜
基于MATLAB泵控马达变转速节流复合调速系统PID控制仿真
第30卷第6期2009年 6月煤 矿 机 械CoalM ine MachineryVol .30No .6Jun .2009基于MAT LAB 泵控马达变转速节流复合调速系统P ID 控制仿真刘 松1,施永强2,王 伟1(1.安徽理工大学,安徽淮南232001;2.国投新集能源股份有限公司板集煤矿,安徽淮南236700) 摘 要:运用MAT LAB 软件,建立了泵控马达变转速节流复合调速系统P I D 控制仿真框图,进行了P I D 控制仿真研究,得出了负载为阶跃信号和正弦信号时的马达速度仿真图,以及系统输入信号为方波时的马达速度仿真图。
同时对P I D 控制系统的曲线跟踪进行了仿真研究,并与开环控制时的曲线跟踪仿真及实验进行了对比,得出了相应的结论。
关键词:变转速节流复合调速;仿真;P I D 控制中图分类号:TH3;TP39 文献标志码:A 文章编号:1003-0794(2009)06-043-03Pum or Var i a ble Speed Throttle Co m b i n a ti on Govern i n gSystem P I D Con trol and S i m ul a ti on on MAT LABL I U Song 1,SH IY ong -q i a ng 2,W ANG W e i1(1.Anhui Seience and Technol ogy University,Huainan 232001,China;2.Banji CoalM ine of Guot ou Xinji Energy Co .,L td .,Huainan 236700,China )Abstract:The use of MAT LAB s oft w are,the establishment of a variable s peed pump -contr ol -mot or s peed contr ol syste m P I D composite ex penditure contr ol si m ulati on bl ock diagra m ,a P I D contr ol si m ula 2ti on study,t o dra w the l oad f or the step signal and sinus oidal signal when the mot or s peed of si m ulati on p lans,as well as the syste m square wave input signal for the mot or s peed when the si m ulati on map.A t the sa me ti m e,the curve of P I D contr ol syste m f or tracking si m ulati on and open -l oop contr ol of the curve tracking si m ulati on and experi m ent were compared,t o dra w the corres ponding conclusi ons .Key words:variable s peed thr ottle combinati on governing;si m ulati on;P I D contr ol1 泵控马达变转速节流复合调速系统泵控马达变转速节流复合调速系统是由变频器、电机、泵、流量控制阀和马达组合而成的液压系统。
阀控液压马达速度伺服系统仿真分析
阀控液压马达速度伺服系统仿真分析引言阀控液压马达速度伺服系统的负载具有较大的惯性与很小的阻尼,其传递函数常可近似由一对实部为零的极点组成,并有很低的动态响应,由于负载处在系统的闭环之中,所以它对阀控液压马达的动态品质有很大的影响。
此外,系统的负载常就是可变的,系统设计只能针对一种特定负载,负载一旦改变,系统的动态品质就会变坏,有时甚至失去稳定性,严重的影响了伺服系统的跟踪性能。
本文主要针对干扰力矩对系统的影响,利用结构不变性原理,消除干扰力矩对系统的影响,同时利用PID 控制理论来提高系统的动态性能。
1 阀控液压马达速度伺服系统模型建立阀控液压马达速度伺服系统的结构如图1所示。
液压马达的力矩方程为:fm m s l m T G s C J P +++=θ)(D (1)负载流量方程为:l em m l tm l sP Vs D P C βθ4Q +== (2)伺服阀的线性流量方程为:L p x l P K x k Q -= (3)电液伺服阀近似瞧成二阶振荡环节:122^2^)()(++=s S K s i s x svsvsv svv ωξω (4) 伺服放大器输出电流ΔI 与输入电压Ue 近似成正比,其传递函数可用伺服放大器增益Ka 表示:但通常的速度控制系统采用积分放大器,对原系统加以校正才能稳定工作。
校正后的积分放大器增益Ka 表示为:测速机速度传感器(测速机)的数学模型为:在上述公式中:v x 为电液伺服阀阀芯位移;i 为电液伺服阀输入电流;v sv k s sv ωξ、、分别为电液伺服阀的增益、阻尼系数与固有频率;m D 为马达排量;L Q 为马达的负载流量;x K 为流量增益系数;p K 为流量一压力系数;只为供油压力;s P 为负载压力;m θ为马达转速;e β为从油液有效体积弹性模数;V 为马达的总容积;J 为折算到马达输出轴上的转动惯量;f T 为外干扰力矩;tm C 为马达泄露系数;m C 为粘性阻尼系数;G 为扭簧梯度。
泵控马达速度控制系统PID控制器的设计与仿真综述
泵控马达速度控制系统P I D控制器的设计与仿真综述(总52页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--石家庄铁道大学毕业设计泵控马达速度控制系统PID控制器的设计与仿真Design of PID Controller for Pump Controlled Motor Speed Control System2016 届电气与电子工程学院专业电气工程及其自动化学号学生姓名武云飞指导教师郑海青完成日期 2016年6月 11 日摘要随着科学水平的发展，泵控马达系统越来越多的应用于民用以及军用领域，这是由于泵控马达具有一些其他系统不具备的优点，该系统效率高、转动惯量小同时其响应速度迅速。
然而泵控马达系统在实际的生产生活中常常会出现系统负载频繁变化的情况，这种情况会导致系统的输出速度不稳定，严重时可能导致系统的瘫痪。
本设计的目的就是为了寻找一个较为适合泵控马达系统的控制系统用以克服外负载以及模型变化对系统产生的影响。
通过对泵控马达系统的组成的学习和研究以及对液压回路的工作原理的分析，建立起泵控马达速度控制系统的数学模型，借此来实现对泵控马达速度控制系统的仿真模拟。
在该数学模型的基础上，采用PID控制器作为系统的控制环节，分别对传统PID控制器、位置式PID控制器、增量式PID控制器以及抗积分饱和PID控制器进行系统的仿真模拟，通过对系统进行仿真，比较在外负载干扰的情况下马达转速的响应曲线，从而得出哪种PID控制器更适合泵控马达调速系统。
经过仿真分析对比，可以看出，抗积分饱和PID控制器较其他三种PID控制器有着更短的调节时间以及平滑的曲线，能更符合系统对于马达转速控制的要求。
所以最终选择抗积分饱和PID控制器作为系统的控制环节。
关键词：泵控马达；PID控制器；仿真AbstractWith the development of technology, pump controlled motor system more and more applied in civil and military fields, this is because the pump controlled motor system has some advantages that other systems do not have, this system is highly efficient, low mom -ent of inertia, and fast response. However, pump controlled motor system often appears system load change in actually, the load change can cause the system output speed not stable, severe cases may lead to paralysis of the system. The purpose of this design is to find a suitable control system that can solve to the impact of load changes.Through to the study of pump controlled motor system and the analysis of the hydraulic circuit, we establish the mathematical model of pump controlled motor system, with the system, we can realize the simulation of the pump controlled motor control system. On the basis of the mathematical model, we simulate the traditional PID controller, posi -tional PID controller, incremental PID controller and anti-windup PID controller for respectively. By compare the motor speed response curve which in the case of external load disturbance, which PID controller we can draw is more suitable for pump controlled motor speed control system. Through simulation comparison, we can get that anti-windup PID controller has a more smooth curve and a shorter adjusting time. So we finally choose anti-windup PID controller as the control link of the system.Key words:pump motor control;t he PID controller;simulation目录第1章绪论 0课题研究的背景意义 0PID控制器简介 (2)主要内容 (4)第2章泵控马达调速系统模型的建立 (5)泵控马达调速系统基本原理 (5)时域数学模型 (6)电-机械转换元件的模型建立 (6)比例方向控制阀4WRA6的模型建立 (7)变量泵的阀控液压缸模型的建立 (8)活塞-斜盘倾角环节模型的建立 (10)建立泵控马达的回路模型 (11)速度传感器以及比例放大器的模型建立 (13)建立系统的开环传递函数 (14)系统中各环节参数的整定 (16)求解比例放大器的增益系数 (16)比例方向控制阀的增益系数 (16)系统的流量增益系数 (16)活塞斜盘倾角传递函数 (16)泵-马达环节的参数整定 (17)对系统稳定性的检测 (18)控制系统的基本要求 (18)系统稳定性检测 (18)本章小结 (19)第3章泵控马达PID控制器设计与仿真 (20)PID控制器的基本原理 (20)四种PID控制器简介 (20)位置式PID控制算法 (20)增量式PID控制算法 (22)抗积分饱和PID控制算法 (23)PID控制器设计 (24)PID控制器参数的整定 (25)PID控制器仿真 (25)关于Simulink的简介 (25)PID控制器的仿真分析 (25)泵控马达速度控制系统的仿真模拟 (27)本章小结 (32)第4章结论与展望 (33)结论 (33)展望 (33)参考文献 (35)致谢 (37)附录 (39)附录A 外文资料翻译 (39)英文 (39)译文 (44)附录B 泵控马达速度控制系统仿真图 (47)第1章绪论课题研究的背景意义随着时代的发展，各种科技也在飞快的发展着，工业自动化水平的高低早已经成为了衡量各个部门现代化水平的标志，而工业自动化必然离不开动力的源泉——马达。
阀控液压马达速度伺服系统仿真分析报告
阀控液压马达速度伺服系统仿真分析引言阀控液压马达速度伺服系统的负载具有较大的惯性和很小的阻尼，其传递函数常可近似由一对实部为零的极点组成，并有很低的动态响应，由于负载处在系统的闭环之中，所以它对阀控液压马达的动态品质有很大的影响。
此外，系统的负载常是可变的，系统设计只能针对一种特定负载，负载一旦改变，系统的动态品质就会变坏，有时甚至失去稳定性，严重的影响了伺服系统的跟踪性能。
本文主要针对干扰力矩对系统的影响，利用结构不变性原理，消除干扰力矩对系统的影响，同时利用PID 控制理论来提高系统的动态性能。
1 阀控液压马达速度伺服系统模型建立阀控液压马达速度伺服系统的结构如图1所示。
液压马达的力矩方程为：fm m s l m T G s C J P +++=θ)(D （1）负载流量方程为：l em m l tm l sP Vs D P C βθ4Q +== （2）伺服阀的线性流量方程为： L p x lP K x k Q -= （3）电液伺服阀近似看成二阶振荡环节：122^2^)()(++=s S K s i s x svsvsv svv ωξω （4） 伺服放大器输出电流ΔI 与输入电压Ue 近似成正比，其传递函数可用伺服放大器增益Ka 表示：但通常的速度控制系统采用积分放大器，对原系统加以校正才能稳定工作。
校正后的积分放大器增益Ka 表示为：测速机速度传感器（测速机）的数学模型为：在上述公式中：v x 为电液伺服阀阀芯位移；i 为电液伺服阀输入电流；v sv k s sv ωξ、、分别为电液伺服阀的增益、阻尼系数和固有频率；m D 为马达排量；L Q 为马达的负载流量；x K 为流量增益系数；p K 为流量一压力系数；只为供油压力；s P 为负载压力；m θ为马达转速；e β为从油液有效体积弹性模数；V 为马达的总容积；J 为折算到马达输出轴上的转动惯量；f T 为外干扰力矩；tm C 为马达泄露系数；m C 为粘性阻尼系数；G 为扭簧梯度。
液压泵控马达数字调速系统研究
衡, 从而使阀芯回到零位, 反馈杠杆的方程为
Ff = ( x V k21 + x p k2 k1 ) K h ,
( 11)
式中 k2 为杠杆比, k2 = ( a+ b) / c.
2 液压泵控马达调速系统动态特性
2 1 液压泵控马达的动态特性分析 假设变量泵输入轴的转速不变, 以变量泵的排
量比 为输入, 定量马达的转速为输出, 建立该调速 系统模型. 将式( 3 ) ( 4 ) 进行拉普拉斯变换, 可得到 系统的传递函数, 代入泵和马达的实际参数, 其频率 特性图与阶 跃 输 入时 域 响 应曲 线 如 图 3 和图 4 所示.
过仿 真模型优化得到的数字 PI D 控 制参数能很好地 用于实际 泵控马 达调速 系统的 闭环控 制, 并 能获得 良好的 稳
பைடு நூலகம்
定性和快速性.
关键词: 液压泵控马达; 排量伺服机构; 频率特性; 数字 PI D 算法
中图分类号: T H 137 3
文献标识码: A
文 章编号: 1001 0645 ( 2009 ) 03 0205 05
V0
e
dph . dt
( 3) 式中: qV, ip 为变量泵理论输出流量; qV , im 为马达理论 输入流量; qV, zp 为 泵泄漏 流量; qV, zm 为 马达泄漏 流
量; V pmax 为泵的最大排量; V m 为定量马达排量; p 为泵的输入轴角速度; m 为马达的输出轴角速度; 为泵的排量比; vp 为泵的容积效率; mp 为马达的容 积效率; ph 为泵控马 达系统高低压回路压力差; Cs 为泵或马达的层流泄漏系数; 为工作液压油的动 力黏度; e 为工作液压油的弹性模量.
气动阀控制系统的建模与仿真分析
气动阀控制系统的建模与仿真分析气动技术已经成为了大多数工业生产过程中不可或缺的一部分，而气动阀控制系统则是这项技术中十分重要的一环。
气动阀是一种通过气体压缩使机械运动的阀门，其主要应用于流体控制领域，例如调节气压、流量、温度等。
而气动阀控制系统则是将气动阀和其他控制元件集成在一起，以实现对气动阀的精确控制。
因此，建模与仿真分析是实现气动阀控制系统的关键步骤之一。
一、建模建模是气动阀控制系统的基础，能够快速准确地将物理过程抽象出来并代码化，以便进行进一步的仿真，模拟，优化和部署。
建模过程通常可以通过以下几个步骤实现：1. 识别系统要素：首先需要明确需要控制的气动阀，以及系统中可能影响其运行的因素，例如传感器，执行器，压力计等。
2. 确定系统输入和输出：系统输入可以是气动阀控制系统中的输入信号，例如开关状态或气压信号，而系统输出则是气动阀的控制信号。
3. 建立数学模型：基于系统要素和输入、输出参数，可以建立系统的数学模型，通常是基于传统的控制理论和微积分方法。
4. 确认参数：建立模型后，需要确认系统参数。
这些参数将决定系统的行为，包括系统的稳定性和响应时间等因素。
二、仿真分析当建模完成后，就可以进行仿真分析。
仿真分析是一种虚拟的试验方法，可以在不同的任务和环境中快速验证气动阀控制系统的表现，并评估其可行性。
1. 仿真环境和工业应用：仿真环境是实现仿真分析的核心，可以使用各种仿真软件来模拟气动阀控制系统的运行状态，并测试其在不同情况下的表现，例如稳定性，响应时间，效率，安全性等。
依靠仿真分析可以更快捷地将气动阀控制系统应用于各种工业过程。
2. 辅助决策：仿真分析不仅可以用于评估系统性能，还可以用于辅助决策。
例如，物流公司可以使用仿真分析来确定哪种气动阀控制系统更适合其工业用途，以及如何优化其供应链和货运流程。
3. 优化：基于仿真分析，可以进行气动阀控制系统的优化。
例如改进系统参数，减少响应时间和提高系统稳定性。
阀控液压马达速度伺服系统仿真分析
阀控液压马达速度伺服系统仿真分析引言阀控液压马达速度伺服系统的负载具有较大的惯性和很小的阻尼，其传递函数常可近似由一对实部为零的极点组成，并有很低的动态响应，由于负载处在系统的闭环之中，所以它对阀控液压马达的动态品质有很大的影响。
此外，系统的负载常是可变的，系统设计只能针对一种特定负载，负载一旦改变，系统的动态品质就会变坏，有时甚至失去稳定性，严重的影响了伺服系统的跟踪性能。
本文主要针对干扰力矩对系统的影响，利用结构不变性原理，消除干扰力矩对系统的影响，同时利用PID 控制理论来提高系统的动态性能。
1 阀控液压马达速度伺服系统模型建立阀控液压马达速度伺服系统的结构如图1所示。
液压马达的力矩方程为：fm m s l m T G s C J P +++=θ)(D （1）负载流量方程为：l em m l tm l sP Vs D P C βθ4Q +== （2）伺服阀的线性流量方程为：L p x l P K x k Q -= （3）电液伺服阀近似看成二阶振荡环节：122^2^)()(++=s S K s i s x svsvsv svv ωξω （4） 伺服放大器输出电流ΔI 与输入电压Ue 近似成正比，其传递函数可用伺服放大器增益Ka 表示：错误!未找到引用源。
但通常的速度控制系统采用积分放大器，对原系统加以校正才能稳定工作。
校正后的积分放大器增益Ka 表示为：测速机速度传感器（测速机）的数学模型为：错误!未找到引用源。
在上述公式中：v x 为电液伺服阀阀芯位移；i 为电液伺服阀输入电流；v sv k s sv ωξ、、分别为电液伺服阀的增益、阻尼系数和固有频率；m D 为马达排量；L Q 为马达的负载流量；x K 为流量增益系数；p K 为流量一压力系数；只为供油压力；s P 为负载压力；m θ为马达转速；e β为从油液有效体积弹性模数；V 为马达的总容积；J 为折算到马达输出轴上的转动惯量；f T 为外干扰力矩；tm C 为马达泄露系数；m C 为粘性阻尼系数；G 为扭簧梯度。
液压伺服控制系统的建模与分析
F(t)
（ 1 t)
t
(t)
sin wt e t
F(s)
1 s
1 s2 1
s s2 w2 1
s
第3章 液压动力元件
本章摘要
液压动力元件是由液压放大元件和液压执行 元件组成。 有四种基本型式的液压动力元件：阀控液压 缸、阀控液压马达、泵控液压缸、泵控液压马达。 本章将建立几种基本的液压动力元件的传递 函数，分析它们的动态特性和主要性能参数。
由方框图求得液压缸输出位移传递函数：
Xp
mtVt
4e Ap2
s3
Kq Ap
Xv
Kce Ap2
1
Vt
4 e K ce
s FL
mt Kce Ap2
BpVt
4e Ap2
s2
1
Bp Kce Ap2
KVt
4e Ap2
s
KKce Ap2
式中，Kce为总的流量系数，Kce=Kc+Ktc
Khmin 4 A 2 P e / Vt
2、液压谐振频率的概念 设活塞及负载在总质量是m，在没有阻尼的情 况下，由于存在两种储能元件（弹性和质 量），位能和动能反复转换，系统出现谐振， 无阻尼谐振频率为：
Wh Kh / m Ap2e (1/V10 V20 ) / m
当V10 V20时
Wh 4 Ap2eVt / m
s
s2
h2
2 h h
s
1
s FL
液压固有频率： 液压阻尼比：
h
4e Ap2
mtVt
h
Kce Ap
emt Bp
Vt 4 Ap
Vt
emt
忽略Bp后近似为：
阀控马达轮边驱动系统仿真分析
阀控马达轮边驱动系统仿真分析杨霞;白雪银;张伟【摘要】以单泵双马达阀控速度闭环控制系统作为工程车辆的轮边驱动单元为研究背景,分析了车辆调速与转向控制原理,提出了应用负反馈闭环控制技术调整发动机转速的节能思路,并进行了AMESim仿真分析.结果表明:该系统能够实现两个驱动轮转速的独立控制,对复杂路面工况具有较强的自适应性,能够实时调整发动机转速,减少溢流,具有显著的节能效果.【期刊名称】《液压与气动》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】4页(P62-65)【关键词】轮边驱动;阀控马达;调速;节能;AMESim【作者】杨霞;白雪银;张伟【作者单位】内蒙古化工职业学院测控与机电工程系,内蒙古呼和浩特010070;内蒙古化工职业学院测控与机电工程系,内蒙古呼和浩特010070;秦皇岛港股份有限公司,河北秦皇岛066002【正文语种】中文【中图分类】TH137引言目前，随着液压技术的不断创新发展，以液压马达为驱动单元的轮边驱动形式在工程车辆领域得到了广泛应用[1-3]。
其基本形式为发动机-量泵-变量马达-驱动轮，它通过改变泵的排量实现车速控制，改变马达排量以调节驱动轮输出转矩，应用液压缸转向机构改变车辆行进方向。
该传动形式有效利用了恒压系统下各并联元件可以互不干涉独立工作的特性，实现了驱动轮转速、转矩和转向的独立控制，而且采用泵控马达闭式系统，节能效果显著[4-6]，但存在动态调节响应慢、系统成本高等缺陷。
本研究提出了一种发动机-定量泵-比例阀-定量马达-驱动轮的传动形式，该系统充分发挥了阀控系统响应快的特点，有效地改善了车辆操作性能，而且降低了成本。
1 原理分析和仿真模型搭建工程车辆阀控马达行走系统基本原理如图1所示。
用两套独立的比例阀控定量马达速度闭环控制系统分别驱动左右两个车轮，通过调节比例阀开口大小来改变进入定量马达的流量，进而改变驱动轮的转速，以实现车辆的速度控制。
引入转向控制系数，将其与速度控制信号作乘除运算后，分别作为两套阀控马达系统的输入信号，进而使得两个驱动轮的输出转速成比例关系，当左轮转速大于右轮转速，车辆即实现右转，当左轮转速小于右轮转速，车辆即实现左转。
伺服阀特性测试系统仿真指导书汇总
力反馈两级伺服阀特性仿真指导书哈尔滨工业大学2012年10月仿真一压力流量特性测试一、仿真目的1了解伺服阀压力流量特性测试实验原理；2了解伺服阀压力流量特性曲线的测试方法和步骤；3 学习使用AMESim软件对伺服阀进行仿真分析。
二、仿真内容1伺服阀压力流量特性测试；三、压力流量特性测试伺服阀的负载流量曲线表示在稳定状态下，输入电流、负载流量和负载压降三者之间的函数关系，如图1所示。
负载流量特性是指在输入电流I和供油压力Ps为常数的情况下，输出流量Q随负载压力差ΔPL的变化关系。
改变输入电流I可以得到一簇曲线，即为负载流量特性曲线。
负载流量特性曲线完全描述了伺服阀的静态特性，要测量出这簇曲线比较困难，特别是在零位附近很难测出精确的数值，而伺服阀却正好是在零位工作，因此这簇曲线主要用来确定伺服阀的类型和估计伺服阀的规格，以便与所要求的负载流量和负载压力相匹配。
图1 伺服阀的压力——流量特性曲线1伺服阀压力流量特性测试实验原理图图2 伺服阀压力流量特性测试原理图压力-流量特性测试的原理图如图2所示。
测试中，在不同的控制电流下，利用节流阀调节伺服阀控制边两侧的压差，记录不同压差下伺服阀的流量，利用相关的试验数据，即可绘制不同控制电流下，伺服阀的压力-流量特性曲线。
2伺服阀压力流量特性测试仿真模型伺服阀图3 伺服阀压力流量特性测试仿真模型力反馈两级伺服阀压力流量特性测试系统的AMESim仿真模型如图3所示。
3仿真测试步骤和方法压力流量特性仿真测试步骤如下:1)打开AMESim安装目录\v800\demo\Solutions\GL_FC\Servovalve 目录下的Servovalve_completeModel.ame仿真模型；2) 设定工作压力（ 1.Power Supply）210bar（21MPa）；3)利用信号发生器依次产生不同的电流值给电液伺服阀线圈（ 2.Input4) 节流阀开度控制信号参数设置为：5）进入Parameter mode参数模式，菜单Settings——>Global Parameters…添加参数i。
液压马达速度伺服系统研究_马俊功
( 1) 泵控液压马达速度伺服系统 泵控液压 马达速度 伺服 系 统是 由变 量泵 和 定量 马
达组成的传动 装置。这 种系 统 的工 作原 理是 通 过改 变
变量泵的斜盘倾角来控制供给液压马达的流量, 从而 调节液压马达 的转速 。按其 结 构形 式和 控制 指 令给 定
方式可分开环泵控液压马达速度伺服系统 ( 图 1) 、带 位置环的闭环泵控液压马达速度伺服系统 ( 图 2) 和 不带位置环的闭环泵控液压马达速度伺服系统 ( 图 3) 三种。
馈, 系统受负载和温度的影响大, 如当压力从无负载 变化到额定负载时, 系统流量变化大约 8% ~ 12% , 故精度很低 。只适用于要 求不高的场 合。
为了改善精度, 可以采用压力反馈补偿, 用压力 传感器检测负载压力, 作为第二指令输入变量泵伺服 机构, 使变量泵的流量随负载压力的升高而增加, 以 此来补偿变量 泵驱动 电机 转差 和泄 漏所 造 成的 流量 减 少。由于这个压力反馈是正反馈, 因此有可能造成稳
# 100 #
的影响。提高补油压力, 可以提高系统的响应速度。 该系统适 于解决大 功率 系 统高 效与 快速 调 节的 问
题, 特别对有些系统重点要求在阶跃负载作用时的动 态调节性能时, 可采用此系统。
图 6 补油式并联阀控液压马达速度伺服系统
( 3) 阀泵联合控制液压马达速度伺服系统 对于大功率速度伺服系统, 传统的阀控形式无法 解决溢流损失造成的系统温升高、散热难的问题, 因 此必须采用效 率较高 的容 积控 制系 统以 解决 发 热量 大 的问题, 但容积控制系统虽然效率较高, 可动态性能 较差, 不适于高精度的场合。因此研究一种动态性能 好、精度高、适 于大功 率场 合 的液 压马 达速 度 伺服 系 统成为必要 。该类系统 按其 结 构形 式和 控制 方 式的 不 同分为以下两种类型: 阀泵串联控制液压马达速度调 节系统 ( 图 7 和图 8) , 阀泵并联控制液压马达速度调 节系统 ( 图 9) 。 ¹ 阀泵串联控制液压马达速度调节系统 这种系统 的结构是 在伺 服 变量 泵和 液压 马 达之 间 再用一个电液伺服阀来控制泵的输出流量, 其工作原 理与具体系统构成有关。图 7 为用同一指令同时控制 伺服阀和油泵 的系统 形式 。系 统用 同一 误差 信 号来 控 制伺服阀的开度和变量泵的斜盘倾角, 因斜盘倾角的 变化速度低于伺服阀开口的变化速度, 故用一个给定 信号 C来保证液压泵时刻都有一个固定输出 Q 0。这个 Q 0 应足以满足执行机构瞬时加速度和速度的要求, 即 Q 0 要足够大; 另一方面, 当负载需求量较小时, Q 0 的大 部分将以溢流阀调定的压力流回油箱, 造成能量的无用 损耗, 并引起系统温度的升高, 故要求 Q0 尽量小。因此 C的选择 是本系统设 计的关键之 一。C的 选择 要视具 体 指标而定, 如执行机构初始速度的要求, 系统长期工作 温升的要求等 。 阀泵串联控制的另一种形式如图 8 所示。系统的 工作原理为: 变量泵斜盘变量机构的控制信号取自能 源压力和负载压力之差, 使能源压力跟随负载压力的 变化, 这样可以消除恒压油源的溢流损失, 并减少压 力油通过伺服 阀的节 流损 失以 及系 统和 液压 泵 的泄 漏 损失。液压泵 也必须有 一个 高 于负 载压 力的 设 计信 号 $, 当泵出口压力高于负载压力时, 经比较后得到的差
基于LabVIEW的阀控马达液压实验台测控软件设计
872016.02建设机械技术与管理阀控马达实验台是综合性实验装置，集机械、液压及仪表为一体，对液压马达和阀的性能进行测试。
该实验台采用变量泵对系统进行供油，采用电液比例阀作为控制元件，液压马达作为执行元件，各类传感器作为反馈元件，构成闭环控制回路，提高了液压马达实验台的测试性能，满足了液压马达的测试要求。
LabVIEW 是一种图形化编程语言的开发软件，在LabVIEW 开发环境中，用户无需进行繁琐的代码编写，而是选用交互式用户界面控件，采用数据流编程方式，建立自动化系统，完成软件的设计，极大缩短了开发周期。
本论文基于LabVIEW 设计开发了阀控马达实验台测控软件，利用开发的测控软件，可模拟生成控制信号，实现对电液比例阀的控制，电液比例阀通过输入的电信号比例的调节输出的流量，实现对马达输出参数的闭环控制。
1 阀控马达液压实验台组成及原理阀控马达液压实验台由液压泵、电液比例阀、液压马达和各类传感器组成。
该实验台采用电液比例阀对系统流量和压力进行控制，应用电比例技术实现对液压马达各项性能参数的检测和控制。
电液比例阀控马达液压系统原理如图1所示，电动机1驱动恒压式轴向柱塞变量泵2工作，作为系统的动力机构。
溢流阀4的主要作用是限定系统的工作压力，电液比例阀7和液压马达9组成了阀控马达系统的主油路，而温度传感器5、压力传感器6、双向流量计8、转速传感器10、放大器、工控机、A/D(D/A)转换器组成了系统的反馈回路。
放大器接收控制器的输出信号，进行功率放大后控制电液比例阀的比例电磁铁，比例电磁铁上的电信号发生变化，磁通量发生变化，阀芯产生位移，阀的开口发生改变，从而流量发生改变。
如果液压马达9上的负载发生变化，传感器就会将数据以反馈信号的形式经过A/D 转换器传输到工控机进行处理，再经过D/A 转换器将信号进行转换输出，经过放大器进行放大处理，最后将反馈信号输入到电液比例阀上，改变阀芯位移，形成闭环反馈，提高液压马达的控制精度。
基于AMESim 的电液伺服速度控制系统仿真分析
基于AMESim 的电液伺服速度控制系统仿真分析王强吴张永李红星武鹏飞刘建强（昆明理工大学流体控制工程研究所，云南昆明650093）摘要：在电液伺服控制系统设计分析中，由于传统的数学建模方法比较复杂，本文利用面向工程设计的高级建模软件AMESim 对阀控液压马达电液伺服速度控制系统进行建模，并对其动态特性进行了仿真分析，得到了较好的分析结果。
关键词：电液伺服控制系统；AMESim；仿真分析中图分类号：TH137 文献标识码：A 文章编号：1008- 0813（2008）04- 0031- 03 Simulation Analysis of Electro- Hydraulic Servo Velocity Control System Based on AMESim WANG Qiang WU Zhang-yong LI Hong-xing WU Peng-fei LIU Jian-qiang (Institute of Fluid Power Control Engineering, Kunming University of Science and Technology,Kunming 650093, China)Abstract: Conventional mathematical modeling, which is used in analysis of designing eletro-hydraulic servo control system, is comparative complex. This paper use AMESim software, which orients engineering design ,modeling hydraulic valve- controlled velocity system, analyzing dynamic characteristics of this system, getting a better analytical result.Key Words: eletro-hydraulic servo control system；AMESim；simulation analysis0 引言在实际工程中，经常需要进行速度控制，如机床进给装置的速度控制，雷达天线、炮塔、转台的姿态跟踪以及发电机、气轮机和水轮机的调速系统等。
伺服阀原理分析及计算三偏心快关阀的液压系统设计与动态特性仿真
伺服阀原理分析及计算三偏心快关阀的液压系统设计与动态特性仿真发表时间：2009-9-14 赖喜德杨炯波何海宾张继君来源：万方数据关键字：三偏心蝶阀紧急切断阀液压系统设计动态响应特性液信息化调查找茬投稿收藏评论好文推荐打印社区分享本文针对三偏心蝶阀作为紧急切断阀系统的功能要求，设计出满足紧急切断要求的液压控制方案；建立液压控制系统的仿真模型，对开阀及关阀过程进行系统的动态特性仿真；并对研制的紧急切断阀系统的动态响应进行了试验。
3 快关阀液压系统动态特性数值仿真对紧急切断阀液压系统的动态特性仿真研究，目的在于预测所设计关阀液压系统的性能和根据设计目标优化设计方案。
通过数值仿真来掌握在开阀及关阀过程中，系统管道、导阀油腔及执行机构中油缸的压力瞬态峰值与波动情况，导阀活塞及执行机构中的油缸活塞的反应速度，判断相关动态参数是否达到设计要求。
作为燃气轮机机组保安系统关键部件，紧急切断阀动态响应的最重要的一个参数就是快速关闭时间。
在进行紧急切断阀液压系统仿真时，关阀时的系统仿真部分参数的设置是以开阀时系统达到稳定状态（即全开时）时系统的参数为基础，因此必须先进行快关阀开阀过程液压系统动态仿真，然后进行关阀过程动态仿真。
3.1 开阀过程液压系统动态仿真结果分析开阀过程中仿真计算其结果：动作前对执行机构的作用力为-4832N（取执行机构中蝶形弹簧受压方向为正方向）。
阀门完全开启后对执行机构的作用力7932N。
通过加载615MPa 恒压压力油，在电磁阀F21打开瞬间，电磁阀F21A端的压力由零突变到3.32MPa，流量从8L/min下降到5.34L/min。
经过0.5s导阀活塞上移到顶部（总位移52mm）。
在导阀移动过程中，由于导阀活塞顶部弹簧的作用，导阀活塞的加速度在零附近波动（取导阀活塞弹簧受压方向为正方向），导阀油腔压力上升到1.75MPa，克服导阀顶部的单向阀弹簧阻力，单向阀打开，压力油进入执行机构的油缸，推动执行机构的油缸活塞移动，阀门慢慢打开，执行机构导杆总位移312mm，如图3所示，开阀时间为35s。
机-液伺服系统的仿真-液压转矩放大器
反馈螺杆导程
t 0.3 10 2 m / r
压力油体积弹 性模量
e 6900 10 5 N / m 2
根据系统参数，可求得系统的开环增益
Kv lK q
2Dm
ps 0.3 10 2 62 10 5 l 2 0 . 65 0 . 68 10 41 Cd 2Dm 880 2 3.14 4.33 10 6
t ——螺杆导程。
滑阀阀芯位移 x v 至液压马达轴转角 m 的传递函数，假设以惯性负载为主， 外负载为零，查机械设计手册—液压控制部分得，
m
xv
K q / Dm
s2 2 h 1 s s 2 h h
（3-9） 式中，
h ——液压固有频率 h h ——为液压阻尼比 h
图 3-11
液压转矩放大器系统结构图
系统开环 Bode 图和系统脉冲响应曲线如图 3-12 和 3-13 所示， MATLAB 程序如下。
%参数赋值 W=0.68e-2; Cd=0.65; lou=880; ps=6.2e6; Cd=0.65; batae=6900e5; t=3e-3;
Dm=4.33e-6; Jt=1.37e-2; Vt=55e-6; %计算各参数 Kv=t*Cd*W*sqrt(ps/lou)/(2*pi*Dm); Wh=sqrt((4*batae*Dm*Dm)/(Jt*Vt)); zbi=0.3; %求系统开环传递函数 num=Kv; den=[1/(Wh*Wh) 2*zbi/Wh 1 0]; sys_open=tf(num,den); sys_close=feedback(sys_open,-1); %绘制Bode图 figure(1) margin(sys_open) grid on %绘制系统脉冲响应曲线 figure(2) impulse(sys_open) grid on
液压伺服系统仿真
液压伺服系统仿真作者：米琳贾伟来源：《中国科技博览》2013年第26期[摘要]本文建立了液压位置伺服系统的数学模型。
针对液压伺服系统难以精确控制的特点，设计了PID控制器。
通过Simulink/AMESim对电液位置伺服系统进行了可视化联合仿真，仿真结果显示所设计的PID控制器在电液位置伺服系统中取得了良好的控制精度和稳定性。
[关键词]联合仿真伺服比例阀电液位置伺服控制 AMEsim Matlab/Simulink中图分类号：TG333.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）26-245-02引言随着液压系统的大型化，复杂性的不断提高，传统的利用积分和微分方程建模进行的动态仿真已经越来越不能满足要求了。
液压系统的动态响应特性是评价液压系统优劣的重要因素，所以准确地对液压系统的动态仿真对于改进液压系统的设计，提高液压系统的可靠性具有重要的意义。
MALAB所提供的SIMULINK是一个用来对动态系统进行建模、仿真与分析的软件，利用它可以方便地对液压系统进行仿真，与传统的建模仿真方法相比，具有直观、方便、灵活的特点。
AMESim是由法国IMAINE公司开发的高级仿真软件。
为流体、液体、气体、机械、控制、电磁等工程系统提供一个较完善的综合仿真环境。
AMESi m提供了丰富的与其他软件的接口，比如控制软件接口 Matla、 Adams，实时仿真软件接口等。
基于这些优点，AMESi m 软件已被广泛采用。
成为机械领域汽车、液压和航空航天等研发部门的理想选择。
1 仿真对象与模型建立活塞杆内径（直）d=45cm，活塞的行程H=40cm油缸外径=80mm，内径（查手册知）D=63mm从伺服阀到油缸的长度=1-2m，管径=22mm，壁厚=4mm伺服阀规格：D-633伺服阀通过额定电流量时规定的阀压降.一般规定 =7MPa，质量块（负载）=250 Kg输入电流=10mA根据以上确定的传递函数用Simulink可绘制出液压伺服系统的模型，实现绘制系统开环Bode图并根据稳定性确定开环增益系统的开环传递函数为：稳定性是电液伺服控制系统最重要的特性。
机电系统仿真题1
课题一、D665型先导式大流量电液伺服比例阀动态响应仿真分析一、研究目的采用matlab软件仿真分析手段，通过本课题的完成，使学生对液压滑阀及电液伺服阀的相关理论进行更为深入的学习，重点掌握以下知识点：1) 滑阀受力分析；2) 两级先导式大流量电液伺服阀的工作原理；3) 两级先导式大流量电液伺服阀的动态响应分析(时域分析、频域分析)；4) 简要总结得出影响伺服阀动态特性的因素。
本课题研究内容如下：1) D665型先导式大流量电液伺服比例阀功率级滑阀受力分析计算；2) 建立D665型先导式大流量电液伺服比例阀的数学模型；3) 采用matlab软件建立D665型先导式大流量电液伺服比例阀仿真模型；4) 得出该阀的时间响应曲线和频率响应曲线，得出阀的频宽。
课题研究过程如下：1) 每人结合自己的研究过程，提交课题一份研究报告，研究报告不得雷同；2) 报告完成后，组长组织成员对所有报告进行评议，并打分；3) 导师对每名学生的研究报告进行品议，并打分；4) 一份汇总研究报告和汇报PPT，完成后，向答辩委员会提交申请；5) 组织答辩，并打分。
四、提交形式1) 个人研究报告；2) 汇总研究报告；3) 汇报PPT。
3.2电液位置伺服控制系统仿真分析课题二、2MN快锻油压机主动作动态特性仿真分析一、研究目的采用AMESim软件仿真分析手段，通过本课题的完成，使学生对阀控缸电液位置伺服系统的相关理论进行更为深入的学习，重点掌握以下知识点：1) 阀控缸位置控制系统数学模型；2) matlab阀控缸位置控制系统仿真模型建立；3) 阀控缸位置控制系统的动态响应分析(时域分析、频域分析)；4) 总结得出影响阀控缸位置控制参数对其系统频率的影响规律。
三、设计要求及完成过程本课题研究内容如下：1) 2MN快锻油压机主动作系统计算及原理设计；2) 2MN快锻油压机主动作系统数学模型；3) 采用AMESim软件建立2MN快锻油压机主动作系统仿真模型；4) 得出主动作系统的时间响应曲线和频率响应曲线，得出系统的频宽。
阀控电液位置伺服系统滑模反步控制方法
第51卷第6期2020年6月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.51No.6Jun.2020阀控电液位置伺服系统滑模反步控制方法吉鑫浩1，汪成文1,2，陈帅1，张震阳1(1.太原理工大学机械与运载工程学院，山西太原，030024；2.浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室，浙江杭州，310058)摘要：针对阀控电液位置伺服系统的非匹配干扰抑制问题，将滑模控制理论与反步递推控制器设计方法相结合，提出一种滑模反步递推控制方法；在滑模反步递推控制算法设计过程中，提出一种新的光滑连续的滑模控制律；对所提控制算法的稳定性及跟踪误差的收敛性进行理论及定量分析，并对该控制方法的可行性及有效性进行联合仿真验证。
研究结果表明：该算法能够有效抑制未知非匹配干扰与输出抖动，其跟踪效果明显优于反步控制器以及PID 控制器的跟踪效果。
关键词：电液伺服系统；非匹配干扰；反步法；滑模控制；位置控制中图分类号：TP273文献标志码：A开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号：1672-7207（2020）06-1518-08Sliding mode back-stepping control method for valve-controlledelectro-hydraulic position servo systemJI Xinhao 1,WANG Chengwen 1,2,CHEN Shuai 1,ZHANG Zhenyang 1(1.School of Mechanical and Vehicle Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China;2.State Key Laboratory of Fluid Power and Mechatronic Systems,Zhejiang University,Hangzhou 310058,China)Abstract:A sliding mode back-stepping control method was proposed for the mismatched disturbances in valve-controlled electro-hydraulic position servo system.A new smooth and continuous sliding mode control law was applied to the design of sliding mode back-stepping control algorithm.The stability of the proposed control algorithm and the convergence of tracking error were theoretically and quantitatively analyzed.The feasibility and validity of the control method were verified by co-simulation.The results show that the algorithm can effectively suppress unknown mismatched disturbances and output pared with back-stepping controller and PID controller,it has better tracking effect.Key words:electro-hydraulic servo system;mismatched disturbances;back-stepping method;sliding mode control;position controlDOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2020.06.006收稿日期：2019−09−11；修回日期：2019−11−12基金项目(Foundation item)：山西省重点研发计划项目(201903D121069)；流体动力与机电系统国家重点实验室开放基金课题资助项目(GZKF-201720)；山西省回国留学人员科研教研资助项目(HGKY2019016)(Project(201903D121069)supported by the Key Research and Development Program of Shanxi Province;Project(GZKF-201720)supported by the Open Foundation of the State Key Laboratory of Fluid Power and Mechatronic Systems;Project(HGKY2019016)supported by Shanxi Scholarship Council of China)通信作者：汪成文，博士，副教授，从事电液伺服控制研究；E-mail ：***************第6期吉鑫浩，等：阀控电液位置伺服系统滑模反步控制方法电液伺服系统具有功重比高的优点，能在有限的空间里输出更大的力或力矩，被广泛应用于挖掘机[1]、隧道掘进机[2]、工业机器人[3]和电液负载模拟器[4−6]等。