液压仿真技术

二、液压建模与仿真的方法
仿真技术的三个主要组成部分是数学建模、模型解 算和仿真结果分析。
自行编程仿真
• 对于较为简单的系统，而仿真者具有较好的建模能力 和一定编程能力，则自行编程进行仿真。 • 早在五十年代, Hanpun (汉普1953）作了液压伺服系 统动态性能分析, 那时采用的是传递函数法, 一般只分 析系统的稳定性及频率响应, 这是一种理论成熟、简 单实用的方法, 直到现在, 仍被广泛采用。但这种方法 只能用在单输入－单输出的线性定常系统中, 不足以 描述系统内部的各变量的特征, 也不易处理液压系统 中普遍存在的非线性问题。所以这种方法在研究机构 中的研究人员与研究生用得较多；
电控库
英文标识 Lines and Connections Power Sources Output Components Contacts Switches Counters Plc Cards 含义 线路和接头 动力源 输出元件（如电磁线圈、 延迟线圈等） 触点 开关 计数器 Plc卡
谢谢 ！
Automation Studio软件介绍
• Automation Studio是一个具有设计和动态模 拟功能的软件工具。它是为了满足自动化工业的 需要建立起来的，尤其可以完成工程类训练以及 试验的要求。软件的工作单元反映着当前在工业 中通用的用法。它所具有的模拟功能使 Automation Studio软件成为一种有效液压系 统仿真的工具。
Simulink工具箱简介
• Simulink是MATLAB的一个分支产品，主要用来 实现对工程问题的模型化和动态仿真。它采用模 块组合的方法使用户能够快速、准确的创建动态 系统的计算机模型，特别对于复杂的非线性系统， 它的效果更为明显。
如图所示说明了这三种元素之间的典型关系[6]。系统模型作为中心模块是Simulink仿真建模所要解决的主要部分；信号源为系统的输
SimHydraulics库简介
• SimHydraulics库提供了75个以上的流体和液压 机械元件，包括油泵、油缸、蓄能器、液压管路 和一维机构单元等，大部分商品化元器件都可以 在这里找到对应模型。 • Accumulators、Hydraulic cylinder、Hydraulic utilities（液压辅件）、（液压阻尼）、Low pressure blocks、Orifices（孔口）、Pipelines、 Pumps and motors、Valves，它们对应液压系统 的一些主要元件。
MATLAB simulink hydraulic 液压仿真技术
MATLAB简介
• MATLAB是由MathWorks公司于1984年推出的数 学软件，它的名称是由”矩阵实验室” （MATricLABoratory）所合成的。随着数值计算 需求的演变，MATLAB已成为各个系统仿真、数 字信号处理、科学可视化的标准语言。
图3-4 缸内液体的流量模块连接图
缸内液体的流量特性仿真
图 2 缸内液体的流量模块连接图
分析：在开始时，阀口关闭。输入信号达到一定值执行元件启动，阀置于左端时，液压油流进缸内，流量增大到一定值不变，直到活
图3 运行结果
在开始时，阀口关闭。输入 信号达到一定值执行元件启 动，阀芯置于左端时，液压 油流进缸内，流量增大到一 定值不变，直到活塞到达缸 的终端。从图中可以看出， 该模型中液压缸的面积过小， 运动速度过快，再驱动信号 变化之前，已经到达行程终 点，故输出流量再信号发生 之前变为零； 阀芯处于置于中位间时，阀 口关闭，没有流量； 阀置于右端时，由于作用面 积小，回到初始位置时所需 流量较小。同时又因为弹簧 作用力的存在，在开始活塞 回程时，需要流量较大。当 作用的弹簧力减小，所需流 量减小直至不变。
库管理器
液压库
英文标识 Pumps and Power Units Flow Lines and Connections Accumulators Actuators Directional Valves Flow Controls Pressure Controls 含义 泵和能量元 管路和接头 蓄能器 执行机构（如马达、液压缸等） 方向控制阀 流量控制阀 压力控制阀
液压仿真技术
仿真技术
• 随着科学技术的发展，特别是计算机技术的发展， 利用计算机作为工具来研究实际系统的动态特性 已成为可能。 • 计算机仿真——在计算机上进行实验，研究实际 物理系统的各种工作状况，确定最佳参数匹配。
液压仿真的必要性
• 一个比较完善的液压系统不仅应有良好的静态性 能，而且还应具有良好的动态性能。这是因为系 统中执行元件的速度﹑动作和方向以及外载荷经 常在不断变化，如果系统的动态特性不灵敏，则 反馈信号就无法被系统很快执行，造成系统灵敏 死区、动作死区等，这样被加工出来的零件精度 就会降低。
Sensors
Fluid Conditioning Measuring Instruments Cartridge valves Symbols with CrossSection View
传感器（如行程开关、压力继电器等）
油液的条件控制（如过滤器、加热器、 制冷器等） 测量仪器（如压力表、流量计等） 插装阀 带有截面显示的元件
• 以前人们在研究和设计时，常常凭借设计者的知 识和经验用真实的元部件构成源自文库个动态系统，然 后在这个系统上进行实验，研究结构参数对系统 动态特性的影响。用这种方法进行参数调节比较 困难，要花费大量的人力、物力和时间,而且一 次性成功的把握很小。 • 计算机仿真技术不仅可以在设计中预测系统性能， 减少设计时间，还可以通过仿真对于所设计的系 统进行整体分析和评估，从而达到优化系统、缩 短设计周期和提高系统稳定性的目的。
计算机仿真在液压领域的应用
• 通过理论推导建立已有液压元件或系统的数学模型， 用实验结果与仿真结果进行比较，验证数学模型的准 确度，并把这个数学模型作为今后改进和设计类似元 件或系统的仿真依据。 • 通过建立数学模型和仿真实验，确定已有系统参数的 调整范围，从而缩短系统的调试时间，提高效率。 • 通过仿真实验研究测试新设计的元件各结构参数对系 统动态特性的影响，确定参数的最佳匹配，提供设计 所需的数据。 • 通过仿真实验验证新设计方案的可行性及结构参数对 系统动态性能的影响，从而确定最佳控制方案和最佳 结构。
• 第二种方法是数学模型由用户自行建立,选用一些 通用的算法系统进行仿真，如常用的 MATLAB/SIMULINK 软件，它提供了许多数学 模型解算工具，更值得一提的是这类软件还提供 较好的仿真结果后处理功能。该方法越来越多地 为研究人员所使用；
• 第三种方法是选用专用的液压仿真软件进行仿真， 这类专用软件一般提供建模工具，用户只要根据 要求用原理图等方式输入仿真用数据，专用软件 便可自动建立数学模型，并进行仿真计算输出仿 真结果。
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一个典型的Simulink模块包括如下三种类型的元素： 信号源模块； 被模拟的子系统模块； 输出显示模块
源模块
系统模块 显示模块
系统模型作为中心模块是Simulink仿真建模所要解决的主要部 分； 信号源为系统的输入，它包括常数信号源、函数信号发生器 （如正弦波和阶跃函数波等）和用户自己在MATLAB中创建的 自定义信号。 系统的输出由显示模块接收。输出显示形式包括图形显示、示 波器显示和输出到文件中三种。