电液比例阀控缸速度控制系统的建模与仿真

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( ) ( 2 )
g dC C + tI K 苦 + 以 p
式 中 : = C
1 1 +,
( 9 )
, : Vt
qC (-) 2q xA、 =W v /
式中

, p 一i 1 + Ck- C ( 一 ) C
ly +
—— 阀的流量 系数 ;
Hv a lc e m ai s& Se l/ . .01 dr u is Pn u tc asNo 82 1
电液 比例 阀控 缸 速 度 控 制 系统 的建模 与 仿 真
常 钰 冯 永 保
70 2 ) 10 5 ( 二炮 兵 工程 学 院 , 西西 安 第 陕

要 :基 于 电 液 比例 控 制 技 术 , 对 位 置 控 制 系 统 提 出 了 一 种 控 制 液 压 缸 运 行 速 度 的方 法 , 活 塞 的速 度 控 制通 过 离 散 的 精 确 位 移 针 将
关 键词 : 度 控 制 ; 速 阀控 非 对 称 缸 ; 模 ; 真 建 仿
中 图分 类号 :T 3 .1 H1 75 文献标识码 : A 中图 分 类 号 :10 — 8 3 2 1 0 — 0 3 0 0 8 0 1 ( 01 ) 8 0 2 — 5
The M o ei g a S m u ai n f Elc r —h d a l Pr po t na d l nd i lto o e to — y r u i n c o ri l o V ave — o tol d Cy i d r S e S r o S se l —c n r l e l e pe d n e v y tm
e tb ih n t e mah ma i mo e ft e v l e c n r l d a y sa l i g h t e t d lo a v o tol s mmerc l y ru i s e d s r o s se s c h e t a d a l p e e v y t m. t e s s m e e s l td b h s i h c h y t w r i ae y t e u e e mu o i l k T o b x o t b wi h p r a h o ne r l s p r t n P D c n r l r T e s l t n r s l e n t t h y a c f S mu i o lo f Ma l t t e a p o c f i tg a e a a i I o tol , h i ai e u t d mo s a e t e d n mi n a h o e mu o s r
差 量 计 算 得 出 控 制 电 压 值 , 再 通 过 比 例 放 大 器 转 换 成
p :

p :
1 +
() 5
l 岬
相 应 的 电流信 号 ,由其 控 制 电液 比例方 向 阀阀 芯的 运
由定 义 q = L q 可得 负载 流 量 q 与负 载压 力 P 的关
2 3
液 压 气 动 与 密 封 / 011年 第 8期 2
上组 成进油 节流 调速 回路 , 制 活赛 的运 行速 度 。位移 控 传 感 器检测 出液压 缸活 塞杆 当前 的 位移 值 ,经 A D转 /
换器 转换 为 电压 信号 ,将 该 电压 信 号与 给定 的预期 位 移 电 压信 号 比较 得 出偏差 量 ,计 算 机控 制 系统 根据偏
定义 q 为滑 阀的 负载流量 , q = 即 Lg , 液压缸 在稳 态时 总能流 量连续 性方 程 :
wk.baidu.com
Ke W o d y r s: s e d e s se ; v l e c nr l d s mme r a h d a l c l d r mo ei g smu ai n p e s l wo y tm a v — o tol a y e ti l y r u i y i e ; c c n d l ; i lt n o
系为 :
Cq
动, 调节 回路 流量 , 而 通 过离 散 的精 确 位 移 实现 对 负 从
载 速度 的精确 调节 。
2 系统 的数学 模 型
21 阀 控 缸 的 基 本 方 程 . 211 四 边 滑 阀 的 流 量 压 力 方 程 ..
Wv) 、 _) ( (/ X ̄ - / p 6 L )
0 引 言
近 年来 , 着 电液 比例控 制 技 术 的发 展 , 随 电液 比例
数据采 集卡组 成 ( 图 1 示 ) 如 所 。电液 比例方 向阀采用 华 德生 产 的 4 A1E 0直 动 型滑 阀 : wR 0 4 比例 控 制器采 用 配 套 的 v 一 0 63 1受 控 差 动 电压  ̄ O 最 大 输 出电 流 T 3 0 (0 , l V, 80 0 mA; 压 缸采用 四川长 江液 压件 厂生 产 的双 作用 单 液

将 上式 做线性 化 处理, 出滑 阀的流 量方程 为 : 得
qI J _
OL q
() 7
电液 比例方 向阀一 般多 为正 重 叠滑 阀 ,为 简化 模
型 和 分析 , 如 下 假设 : 滑 阀结 构 理 想 对 称 ; 忽 略 作 ① ② 管道压 力损 失 ; 液压 能源是 理想 的恒压 源 。阀控非 对 ③
来 实 现 , 立 了阀 控 非 对 称 液 压 缸 控 制 系 统 的 数 学 模 型 , 用 积 分 分 离 PD控 制算 法 , 用 M tbSmnik模 块 对 系 统 进 行 了仿 真 , 建 采 I 利 al /i l a n 验
证 了这 种 方 法 的可 行 性 , 且 系 统 在低 频 段 动 态 响 应 比较 理想 , 制 精 度 能 够 满 足 一 般 液 压 控 制 系 统 的 需 求 。 并 控
称 液压 缸系 统结构 简 图如 图 2所示 。
式 中 K
滑 阀的 流量增 益系数 ; 滑 阀的流量一 压 力系 数 。
2 12 液 压 缸 流 量 连 续 性 方 程 ..
在理想 情 况下 流入液 压缸 无杆 腔 的流量 q 为 : .

式中
扎 p )c p+ ( + e p

阀 芯位移 ;
1 +
△ — 阀芯零 位重 叠量 ; —
— —
(般 l ,为 压 的 工 容 ) 一 取V ÷ 。 o液 缸 总 作 积 。 = V 二
阀 开 口面 积 梯 度 。
213 液压 缸和负 载 的力平衡 方 程 ..
参 照 文 献 【, 义 负 载 压 力 : ”定
hy a lc c ln re nta sn he po ii e v y tm , i i ha i ic ee p e ie diplc m e tr a ie t pso p e nr l dr u i yi de o r po i g t st on s r o s se t s t tusng ds r t r c s s a e n e lz s he itn s e d co to ,
收 稿 日期 :0 1 0 — 6 2 1 — 3 1
作者简介: t18一 , 研究生在读,  ̄ i 94 )男, ( 研究方向, 动检测与故障诊 自
图 1中 , 液 压 系 统 采 用 定 量 泵 和 溢 流 阀 组 成 的 定
断。
压供 油 单元 ,用 电 液 比例 方 向 阀在 液压 缸 的进 油 回路
杆 活塞 式 液压 缸 , 活塞 行 程 1 5 mm, 径 9 mm。 塞 0 6 缸 0 活
方 向阀凭借 其 成 本低 、 污染 能 力 强等 优 点 , 抗 同时 又 能
实 现 流量 和 方 向控 制 ,并 且 可 以方 便 地 实现 计 算 机控
制, 因此 电 液 比例 阀在许 多场 合逐 渐取 代 了伺 服 阀 。液
Q来达 到 调速 的 目的 ,通 常采 用 回路 流 量 Q作 为 闭环 反 馈信 号 , 是这 种 控 制 系统 受 液压 缸 泄 漏 、 温 和黏 但 油
度 变化 的影 响很 大 ,在 需 要 精确 控 制 负载 运 行 速度 的
场 合精 度要 求 得 不 到保 证 。因此 本 文 针对 位 置 控制 系 统, 利用 速 度 与位 移 的 关 系 , 出 了将 活塞 的速 度控 制 提
压 系统 基 本 调速 原 理是 通 过 控 制输 入 执行 元 件 的 流量
杆直 径 6 mm;位 移传 感 器采 用 德 国 B L U F公 司生 3 AL F
产 的 B L 一 l M1 0 , 量 行 程 l 0 m 输 出 模 拟 T 5 A1 — 7 0 测 0 m, 7 电压 0 I V; P I 为 数据 采集 和 交换平 台 。 ~O 以 X 作
() 8
A。 — 液压 缸无 杆腔 有效 面积 — X— — 活塞 位移 ; t ,
C — 液压 缸 内泄漏 系数 ; i —
— —

液压 缸外 泄漏 系数 ;
J— —有 效 体积 弹性模 量 ; B
图 2 闽 控 缸 系统 结 构 简 图
,— —
液压 缸 进 油腔 的容 积 ( 括 阀 、 接管 道 包 连
液 压 缸 机 构 在该 系统 中 主要 以惯 性 负 载 为 主 。 根
(= ) ( j 3 )
P = l 2 LP 一
据 牛顿 第 二定 律 ,可 得液 压 缸输 出力 与 负 载力 的平 衡
方程 为 : AIL A - P - A2 +L F (0 1)
r s n e o he mo li a ife n l we r qu nc n e iy t e v ld t ft eho e po s ft de s s tsid i o rfe e y a d v rf h ai iy o he m t d.
通 过离散 的精 确 位移 来实 现 。
1 系 统 组 成 及 原 理 介 绍
该 液压 控 制 系统 由控 制计 算 机 、 比例放 大 器 、 电液 比例 方 向阀 、 液压 泵 、 液压 缸 、 座 、 载 、 移传 感器 和 基 负 位
图 1 速 度 控 制 系 统 原 理 图
CHAN G Yu
FEN G Yo g-b o n o
( h S cn rl r E g e r g C l g, Xia 7 0 2 , C ia T e e od A tl y n i ei o ee ie n n l ’n 0 5 hn ) 1
Ab t a t B s d o h lc r — y r u i p o o t n l c n r l t c n l g , t i p p r p o o e t o s o o t l n h s e d o s r c : a e n t e ee to h d a l r p r o a o to e h oo y h s a e r p s s a meh d f c n r l g t e p e f c i oi
当阀作 正 向移 动 时 ( 文 以工作 方 向 为例 ) 液 压 本 , 缸无杆 腔 、 杆腔 的流 量分别 为 q 和 q : 有
— — — — — 一
和进 油腔 ) 。 根据 负载 流量定 义 q = , 立 ( ) Lg 联 6 整理 可得 :
ql =C

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