阀控非对称缸电液伺服控制系统的故障仿真研究
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服 控 制 系统 的 非 线 性 特 性 之 外 ， 由 于 非 对 称 缸 两 还 腔 有 效 面积 的非 对称 性 使 得 系统 在 正 反 两个 方 向 的 静、 动态 特 性 呈 现 非线 性 ． 液 伺 服 控 制 系 统 的传 电 统 建模 方 法 是 泰 勒 展 开 式 的 线 性 化 建 模 方 法 ， 种 这
图 ２ 阀控非 对称 缸 电液伺 服控 制 系统 的
非 线性 模 型结构
系 统 通 过监 测 非 对 称 液 压缸 的 位 移 构 成 位 置 闭 环 伺
服 控 制 系统 ．
图． 模型 由 ７ 个模 块组 成 ， 分别是 ： 令发送 器模块 指
（ｏ ｍａｄｒｓｎ ｅ）控 制 器 模 块 （ｏ ｔ ｌ ｒ、 服 ｃｍ ｎｅ ｅｄｒ 、 ｃｎｒ ｌ ） 伺 ｏｅ
摘 要 ： 究 了基 于 Ｍａｌ ／ ｉ ｕｉ 软 件 的非对 称 缸 电液 伺服 控 制 系 统 的故 障 仿真 技 术 ． 虑 系 统 的 固 研 ｔ ｂ Ｓｍ ｌ ｋ ａ ｎ 考 有 非线 性和 伺服 阀 、 对称 缸的 动态非 线性 ， 立 了 系统 的非 线性 数 学 模 型 ， 真计 算 了 系统 正 常状 态 非 建 仿 下 的位 移 、 速度 、 力 、 量变化 曲线． 液压缸 的内泄 漏 故 障为 例 ， 真 计算 正 常 、 度 、 压 流 以 仿 轻 中度 、 重度 故 障条 件 下的位 移 、 度 变化 曲线 ， 速 比较确 定 了故 障特 征 ， 预测 了故障 发展 趋势． 关 键词 ： 电液伺 服控 制 系统 ； 控非 对称 缸 ； 线性 ；Ｉ Ｋ； 障诊 断 ； 真 非 ＳＭＵＩ Ｎ 故 Ｉ 仿
忐 ＋ ＋
㈤
式 中： 为伺服阀的阀芯位移增益 ； 为伺服 阀的固 是
有 频率 ； 伺 服 阀 的阻尼 比． ￡为
第 ３ ４卷 第 ６期 ２１ ０ ０年 １ ２月
武 汉理 工 大 学 学 报 （ 通 科 学 与 工 程版 ） 交
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ ｕ ａ ｉｅｓｔ ｆ ｃ ｎ ｌｇ ｏ ｒ ａ ｏ ｈ ｎ Ｕｎｖ ｒｉ ｏ ｈ ｏｏ ｙ Ｗ ｙ Ｔｅ
（ ａ ｓｏｔｔ ｎＳ ｉ ｃ Ｔｒｎ ｐ ｒａｉ ｃｅ ｅ＆ Ｅ ｇｎｅｉｇ ｏ ｎ ｎ ｉｅｒ ） ｎ
方法 不能准确 描述 系统 的非 线性特 性 ， 只适合 于处 理某一稳态 工作点 的情况． 文利 用 Ｍａｌ ／ ｉ — 本 ｔ ｂ Ｓｍｕ ａ ｌ ｋ软件强大的动态建模 、 ｉ ｎ 仿真 功能 ， 建立 电液伺 服 控制系统的非线性模型 ， 拟系统故 障， 模 确定故 障特
征 ， 测故 障发 展 趋 势 ， 预 为实 际 故 障 诊 断 提 供 理 论 依
指令 发送 器 的作 用是 设 定执 行 机 构 的动 作 类 型
电液伺服阀 的输入 电流 与 阀芯位移 之间
的动态 性 能 可 用二 阶振 荡 环 节来 描 述 ， 即
一
与动作范 围． 指令发送器给定位 移参考量 ， 以电压形 式输送 给控制器 ， 因此该指令信 号称 为参考 电压 ， 用
张友 荣（９２ ）男 ． 士 ， 教授 ， 要研 究领 域 为军用 电力系 统 、 １６ ： 硕 副 主 动力 机械 的 维修 与故 障诊 断
武汉埋 工大 学学报 （ 通科 学 工 程版 ） 交
２１ ０ ０年
第 ３ 卷 ４
２ １ 指 令发 送器 模 块 ．
２３ 伺服 动 态模 块 ．
ｔ ｌｄｓ ｇｅ ｏ ｙ ｎｅ） ｒ ｌ ｉ ｌ ｒｄｃｌ ｄｒ以及位移传感器模块 （ｉ ｏｅ ｎ ｉ ｄ— ｓ
ｐ ａ ｅ ｅ ｔｔａ ｓ ｕ ｅ ） ｌｃ ｍ ｎ ｒ ｎ ｄ ｃ ｒ ．
非 对称 缸 电液 伺 服控 制 系统 的 非 线 性模 型 结 构
收稿 日期 ：０ ００ ０ ２ １ ８１
Ｖｏ． ４ Ｎｏ ６ １３ ．
Ｄｅ ． ２ ０ ｃ ０１
阀控非对称缸 电液伺服控制系统 的故障仿真研究
张友荣¨ 姚 晓 山
（ 军雷 达学来自百度文库院军 械通 用装 备系 ” 武汉 空
明廷 涛 ’
４０３） ３０ ３
４０ １） （ ３ ０ ９ 海军 工程 大学 船舶 与动 力学 院 武 汉 ’
中图法 分类 号 ： １ ７９ ＴＰ ３ ． Ｄ ：０ ３ ６ ／．ｓｎ １０ —８ ３ ２ １ ． ６０ ０ ＯＩ １． ９ ３ ｊｉ ． ０ ６２ ２ ． ０ ００ ．０ ｓ
电液伺 服控制 系统』 泛应用 于舵 机控制 、 达 雷 控制 、 火炮控 制、 床位 置控制 、 机板 厚控 制 以及 机 轧 带材跑偏控制等诸多工业领 域 ． 阀控 非对称缸 电 液伺服控制 系统 的特性较 为复杂 ， 了具有 电液伺 除
２ 系统 建 模
图 ２是 利 用 Ｍａｌｂ Ｓｍｕｉｋ软 件 创 建 的 阀 控 ｔ ／ｉ ｌ ａ ｎ
动态模块 （ｅｖ ｙ ａ ｃ） 泵源 模块 （ｕ ）溢流 ｓｒｏｄ ｎｍｉ 、 ｓ ｐ ｍｐ 、
阀模块 （ｅｅ ｖｌ ） 阀 控 非 对 称 缸 模 块 （ａ ｅｃｎ ｒｌｆ ａ ｅ 、 ｉ ｖ ｖｌ ｏ — ｖ
巩 表示 ． 考 电 压 可 以是 阶跃 信 号 ， 可 以是 正 弦 、 参 也 方 波 、 角波 等 信 号． 三 ２２ 控 制器 模块 ． 控 制 器一 般 包 括 ３ 环 节 ， 比较 环 、 正环 个 即 校
节 和放 大环 节 ． 因此 ， 制 器模 块也 由 ３个子 模 块 组 控
据．
图 １ 阀控 非 对称 缸 电液伺服 控制 系统 １叶 片泵 ； 溢 流 阀 ； 一 ２ － ３电液 伺服 阀 ；一 对称液 压缸 ； ４非 ５位移传 感 器 ； ６转换 器 ； 过 滤器 ； 油箱 ７ － ８ 一
１ 系 统 组 成
阀控非 对 称 缸 电 液 伺 服 控 制 系 统 如 图 １所 示 ．
图 ２ 阀控非 对称 缸 电液伺 服控 制 系统 的
非 线性 模 型结构
系 统 通 过监 测 非 对 称 液 压缸 的 位 移 构 成 位 置 闭 环 伺
服 控 制 系统 ．
图． 模型 由 ７ 个模 块组 成 ， 分别是 ： 令发送 器模块 指
（ｏ ｍａｄｒｓｎ ｅ）控 制 器 模 块 （ｏ ｔ ｌ ｒ、 服 ｃｍ ｎｅ ｅｄｒ 、 ｃｎｒ ｌ ） 伺 ｏｅ
摘 要 ： 究 了基 于 Ｍａｌ ／ ｉ ｕｉ 软 件 的非对 称 缸 电液 伺服 控 制 系 统 的故 障 仿真 技 术 ． 虑 系 统 的 固 研 ｔ ｂ Ｓｍ ｌ ｋ ａ ｎ 考 有 非线 性和 伺服 阀 、 对称 缸的 动态非 线性 ， 立 了 系统 的非 线性 数 学 模 型 ， 真计 算 了 系统 正 常状 态 非 建 仿 下 的位 移 、 速度 、 力 、 量变化 曲线． 液压缸 的内泄 漏 故 障为 例 ， 真 计算 正 常 、 度 、 压 流 以 仿 轻 中度 、 重度 故 障条 件 下的位 移 、 度 变化 曲线 ， 速 比较确 定 了故 障特 征 ， 预测 了故障 发展 趋势． 关 键词 ： 电液伺 服控 制 系统 ； 控非 对称 缸 ； 线性 ；Ｉ Ｋ； 障诊 断 ； 真 非 ＳＭＵＩ Ｎ 故 Ｉ 仿
忐 ＋ ＋
㈤
式 中： 为伺服阀的阀芯位移增益 ； 为伺服 阀的固 是
有 频率 ； 伺 服 阀 的阻尼 比． ￡为
第 ３ ４卷 第 ６期 ２１ ０ ０年 １ ２月
武 汉理 工 大 学 学 报 （ 通 科 学 与 工 程版 ） 交
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ ｕ ａ ｉｅｓｔ ｆ ｃ ｎ ｌｇ ｏ ｒ ａ ｏ ｈ ｎ Ｕｎｖ ｒｉ ｏ ｈ ｏｏ ｙ Ｗ ｙ Ｔｅ
（ ａ ｓｏｔｔ ｎＳ ｉ ｃ Ｔｒｎ ｐ ｒａｉ ｃｅ ｅ＆ Ｅ ｇｎｅｉｇ ｏ ｎ ｎ ｉｅｒ ） ｎ
方法 不能准确 描述 系统 的非 线性特 性 ， 只适合 于处 理某一稳态 工作点 的情况． 文利 用 Ｍａｌ ／ ｉ — 本 ｔ ｂ Ｓｍｕ ａ ｌ ｋ软件强大的动态建模 、 ｉ ｎ 仿真 功能 ， 建立 电液伺 服 控制系统的非线性模型 ， 拟系统故 障， 模 确定故 障特
征 ， 测故 障发 展 趋 势 ， 预 为实 际 故 障 诊 断 提 供 理 论 依
指令 发送 器 的作 用是 设 定执 行 机 构 的动 作 类 型
电液伺服阀 的输入 电流 与 阀芯位移 之间
的动态 性 能 可 用二 阶振 荡 环 节来 描 述 ， 即
一
与动作范 围． 指令发送器给定位 移参考量 ， 以电压形 式输送 给控制器 ， 因此该指令信 号称 为参考 电压 ， 用
张友 荣（９２ ）男 ． 士 ， 教授 ， 要研 究领 域 为军用 电力系 统 、 １６ ： 硕 副 主 动力 机械 的 维修 与故 障诊 断
武汉埋 工大 学学报 （ 通科 学 工 程版 ） 交
２１ ０ ０年
第 ３ 卷 ４
２ １ 指 令发 送器 模 块 ．
２３ 伺服 动 态模 块 ．
ｔ ｌｄｓ ｇｅ ｏ ｙ ｎｅ） ｒ ｌ ｉ ｌ ｒｄｃｌ ｄｒ以及位移传感器模块 （ｉ ｏｅ ｎ ｉ ｄ— ｓ
ｐ ａ ｅ ｅ ｔｔａ ｓ ｕ ｅ ） ｌｃ ｍ ｎ ｒ ｎ ｄ ｃ ｒ ．
非 对称 缸 电液 伺 服控 制 系统 的 非 线 性模 型 结 构
收稿 日期 ：０ ００ ０ ２ １ ８１
Ｖｏ． ４ Ｎｏ ６ １３ ．
Ｄｅ ． ２ ０ ｃ ０１
阀控非对称缸 电液伺服控制系统 的故障仿真研究
张友荣¨ 姚 晓 山
（ 军雷 达学来自百度文库院军 械通 用装 备系 ” 武汉 空
明廷 涛 ’
４０３） ３０ ３
４０ １） （ ３ ０ ９ 海军 工程 大学 船舶 与动 力学 院 武 汉 ’
中图法 分类 号 ： １ ７９ ＴＰ ３ ． Ｄ ：０ ３ ６ ／．ｓｎ １０ —８ ３ ２ １ ． ６０ ０ ＯＩ １． ９ ３ ｊｉ ． ０ ６２ ２ ． ０ ００ ．０ ｓ
电液伺 服控制 系统』 泛应用 于舵 机控制 、 达 雷 控制 、 火炮控 制、 床位 置控制 、 机板 厚控 制 以及 机 轧 带材跑偏控制等诸多工业领 域 ． 阀控 非对称缸 电 液伺服控制 系统 的特性较 为复杂 ， 了具有 电液伺 除
２ 系统 建 模
图 ２是 利 用 Ｍａｌｂ Ｓｍｕｉｋ软 件 创 建 的 阀 控 ｔ ／ｉ ｌ ａ ｎ
动态模块 （ｅｖ ｙ ａ ｃ） 泵源 模块 （ｕ ）溢流 ｓｒｏｄ ｎｍｉ 、 ｓ ｐ ｍｐ 、
阀模块 （ｅｅ ｖｌ ） 阀 控 非 对 称 缸 模 块 （ａ ｅｃｎ ｒｌｆ ａ ｅ 、 ｉ ｖ ｖｌ ｏ — ｖ
巩 表示 ． 考 电 压 可 以是 阶跃 信 号 ， 可 以是 正 弦 、 参 也 方 波 、 角波 等 信 号． 三 ２２ 控 制器 模块 ． 控 制 器一 般 包 括 ３ 环 节 ， 比较 环 、 正环 个 即 校
节 和放 大环 节 ． 因此 ， 制 器模 块也 由 ３个子 模 块 组 控
据．
图 １ 阀控 非 对称 缸 电液伺服 控制 系统 １叶 片泵 ； 溢 流 阀 ； 一 ２ － ３电液 伺服 阀 ；一 对称液 压缸 ； ４非 ５位移传 感 器 ； ６转换 器 ； 过 滤器 ； 油箱 ７ － ８ 一
１ 系 统 组 成
阀控非 对 称 缸 电 液 伺 服 控 制 系 统 如 图 １所 示 ．