HAGC系统动态特性研究分析

HAGC系统动态特性研究分析

摘要

三十多年前，高压液压伺服系统开始流行，模拟的基本分析工作，伺服系统也开始需要开发和研究，然而这些研究只集中在相对较轻的任务系统组成的一个伺服阀，用一个小的甚至零弹簧力，双作用液压缸。通常，这些系统低自然频率(5到20赫兹)、低阻尼比和低液压。

直到六七十年代伺服系统引入了重型计量的钢铁工业中。第一次使用是为了所谓的，不断的差距预应力磨机。最重要的发展是自申请已被引入了的闭环电液伺服控制系统。

然后，过去10年的快速发展，电子与建模技术的应用液压自动计量(HAGC)成为了一个需求为高质量的平轧制产品刺激的研究成果，进一步提高系统的效率和准确度。这些研究中大多数集中在系统设计上。

由于复杂的控制系统的复杂，简化了一个连轧机液压系统包括在内的整体控制模型，包括流量执法机构不能准确模拟实际的行为(例如,伺服阀、液压元件和气缸)。虽然该算法的基本原理的可以证明系统复杂性的，尤其在大模型的情况下，但它是无法评价性能的液压系统的设计。

提高AGC系统的未来取决于液压体系的计量器具，甚至与一个优秀的控制算法，不能完善没有响应速度快、稳定、液压系统。目前，在计量体系在文献中报道的液压系统的数学模型是不足的，特别是与复杂模型相比。

在最近的发展体系中，利用HAGC原理的长程液压缸是相互促进，共同发展的。然而，它可以被质疑的长冲程气缸反应一样好，而且在短冲程单元中所扮演的角色是单作用气缸两倍。这篇文章的目的是探讨液压系统的非线性效应,并比较各缸的设计性能，各使用一个位置和压力模式。

理论

保罗利用常微分方程的稳定性的影响，为一个单作用气缸研究出一套数学模型，来检验在不同压力线的长度。在其他文章里，拉普拉斯变换块被应用于定量比较各液压系统的设计。

在这篇文章中，常微分方程先来解释每个液压部件的物理意义，紧随其后的是生成一个状态矩阵方程。

一个HAGC系统示意图显示为双作用气缸三线一回的安排，如图1中所示。

形成一套完整的液压系统的六个动态元件为：

伺服阀

输电线路

液压缸

磨机(动力学、固有频率、模量和阻尼效应)

回流管线

传感器

控制功能，就好像机体的补偿，曾被认为是文学，并不包括在这篇文章里。

图1 液压控制系统

伺服阀

伺服阀有高度非线性。这是两个阶段的运动的试办阶段中遵循输入信号来驱

动力矩电机，转动时关闭或打开喷嘴，这又反过来建立了相应的压力去激励芯的第二阶段。位移量的创造开放，允许线轴高压流体通过。然后使用线轴为反馈，弹簧转矩平衡扭矩来输入电流。

可以从频率响应测试来预计伺服阀性能的好坏。因此，四通动力学，包括力矩电机，可以模拟证明二阶微分方程来试验频率均小于20赫兹的系统：

公式1

2

2

2C

S S S

C C I ξ

ωω+=。

。。

其中

C ——开放运动的伺服阀线轴；

C

I

——力矩电机输入信号；

S ω ——伺服阀固有频率；

S

ξ ——伺服阀阻尼系数。

车架的固有频率和阻尼系数可从伺服阀制造商频率响应测试中得到。输入电流采用误差反馈信号放大电流增益因子：

公式2

(

)

y

x

C

C

O

u u I K I

-=

其中

O

I

——伺服阀额定电流；

C

K

——电流增益放大系数；

x

u

——多种齿轮油磨机的传感器位移； y

u

——控制输入信号。

对压力方程模式操作类似于上述方程。

流量q 是与阀门开启度成正比的，也可由压差确定两个端口： 公式

3

O

q q =

其中

P ——伺服阀压力；

S

P ,t

P ——水箱压力；

P ∆——压差；

S

P

-P > 0(伺服阀充电)；

P -t

P < 0(伺服阀放电)；

O

q

—— 伺服阀额定流量。

利用泰勒的扩张,忽视高阶条件的一部分,平方根方程(3)可线性化。然而,由于压力降的变化在每次变换线轴的位置,系统仍非线性。

输电线路

液压传动的动态特性,无法通过它简单的线路、耦合的微分方程来描述。这是一个分布式系统,因此,同时依赖于时间和空间。虽然偏微分方程,给出最佳逼近时,便产生了与其他动态组件匹配的滚动系统的困难。一个集总模型将液压油在输电线路作为一种控制音量。

因此,输电线路可表征用常微分方程而不是偏微分方程式来表征。使用的原则是质量和动量守恒定律,流量, q ,给出:

公式4

P P

a

e

q p

A L

q β

=+。

其中

P

A ——管线面积； P

L

——管道的长度；

a

q

——液压缸流量； e

β

——等效体变模量。

第二代表的流量取决于石油压缩。可从源自一个潜在的欧拉的压缩流的压降方程来得到公式:

公式5

p

a p

a

p

P a L q q

P R A

ρ-=+。

其中

a

P

——气缸压力； p

R

——压降系数；

ρ——油密度。

第一阶段惯性力的油来源于输电线路,第二阶段所代表的摩擦损失。通常情

况下,流体速度在管道很小(1中的顺序)和压力降的影响系数、

p R 的评估可以采用完全开发层流管道流动的摩擦损失方程。

等效体变模量,包括油体变模量、管道弹性模量和困气效果可以由下面公式计算出:

公式6

1

1

p

r

p

e

o

g

E t V d

β

β

β

=

=

+

其中

p

d ——管道内径

E ——管材的弹性模量

p

t

——管壁厚度