新型伺服液压机泵控液压缸液压伺服系统的建模与仿真
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的液 压 机多属 于带反 馈 控 制 功 能 的伺 服 液 压 机 ， 型 该
机采 用 普通 电机 带动 泵 的运 动作 为能 量 源 ， 比例 伺 服
２ 泵 控液 压缸传 递 函数 的推 导
阀作为输入信号的转换与放大元件 ， 能获得一定 的控
制精 度 和响应 速 度 。但 也 有 高精 度 控 制 困难 、 节 范 调 围窄 、 量损 失 大 、 能 噪声 大 、 统 的柔 性 小 等 缺 点 。 因 系
此 ， 于交流 伺服 电机 的 闭环 伺 服 控 制 技术 是 液 压 机 基 控制 系 统新 的发展 趋势 。 １ 基 于泵控 液压 缸 的伺服 液压 系统
已知系统供油压力为Ｐ ，。 。Ｂ 表示活塞及负载的粘
性 阻尼 系数 ， Ｆ． 表示 液 压 缸 的 负 载力 ， 为 滑 块 下行 位 移 ，。 Ｐ 分别 表 示 液压 缸 两 腔 压 力 ，。 示 流人 Ｐ和 ： ｑ表
液 压缸 液压 油 的流量 ， 压缸 的总 容积 为 ， 液 无杆 腔 的
容 积 为 。 液 压 缸 内泄 漏 系 数 为 Ｃ， 泄 漏 系数 为 设 ｉ外
Ｃ；。 Ｑ 为泵 的流量 ， 。 Ｄ 为泵 的排 量 ， 表 示 泵 的转 速 。
液压 动力 机构 由液 压 控 制元 件 、 执行 机 构 和 负 载 组合 成 的 。液 压控 制元 件 可 以是 液压 控制 阀或伺服 变
１ ２
液压 与 气动
２１ ０ １年 第 ｌ Ｏ期
新 型 伺 服 液 压 机 泵 控 液 压 缸 液 压 伺 服 系统 的建 模 与仿 真
韩 江 ，肖 扬 ，夏 链 李贵 闪 ，
Ｍｏ ｅ ｉ ｇ ａ ｄ ｓｍｕ ａｉ ｎ ｏ ｙ ｒ ｕ ｉ ｅ ｖ ｕ ｙ ｔ ｍ ｄ ｌ ｎ ｉ ｌ ｔ ｆｈ ｄ ａ ｌｃ ｓ ｒ ｏ ｐ ｍｐ ｓ ｓｅ ｎ ｏ ｆｒ ｎ ｗ ｓ ｒ ｏ ｃ ｎ ｒ ｌｅ ｙ ｒ ｕ ｉ ｃ ｉ ｅ ｏ ｅ ｅ ｖ ｏ ｔｏ ｌｄ ｈ ｄ ａ ｌ ｍａ ｈ ｎ ｃ
２１ ０ １年第 １ ０期
Ｑ ｌ＝Ｘ ×Ｄ
液压与 气动
（） １
１ ３
函数 可 以简化 。无 论是 对 指 令 输 入 的传 递 函数 还
２ ）液 压缸 的 流量 连续 性方 程 定 义单 出杆液 压缸 两腔 有效 面积 之 比为 ：
Ａ ／ ｌ＝ ＜ １ ２Ａ （） ２
ＨＡＮ Ｊａ ｇ ，ＸＩ Ｏ ｎ ｉｎ Ａ Ｙａ ｇ ，ＸＩ Ｌａ ＩＧｕ—ｈ ｎ Ａ ｉｎ ，Ｌ ｉｓ ａ
（ ． 肥工业大学 机械与汽车工程学 院 ＣＭＳ研究 所 ， １合 Ｉ 安徽 合肥 ２ ０ ０ ； ３０ ９ ２ 合肥锻压集团 有 限公 司 ， ． 安徽 合肥 ２００ ） ３０ ９
摘
要 ： 用交流伺 服 电机 的新 型伺服 液压 机 与采 用 比例伺 服 阀的传 统伺 服 液 压机 的控 制 方 式是 不 同 采
的 ： 统 的伺服 液压 机 采 用的是 比例 四通 阀控 主传 动缸 ， 新 型伺服 液 压机 是 交流 电机 带动 定 量 泵 ， 用 泵 传 而 采 控 主 传动 液压 缸 。该 文主要从 泵控 液 压 缸 建立 起 液 压 伺服 系统 的 数 学模 型 ， 导 出 系统 的传 递 函数 ， 用 推 并 ＭＡ Ｌ Ｂ进 行 系统 的动 态特 性仿 真分 析 并得 出结论 ， 对控制 系统 的设 计和 研 究有 重要 的意 义。 ＴＡ 这
是对干扰输入 和Ｐ 的传递函数 ， 特征方程都是一样 的 ， 一 个三 阶方 程 ， 递 函数 的简 化实 际上 就是 特征 是 传
关键 词 ： 服 液压机 ； 伺 伺服 阀 ； 建模 ； 态特性 仿 真分析 动 中 图分 类 号 ： Ｈ１７ 文献标 识码 ： 文章 编号 ：０ ０４ ５ （ ０ ） ００ １ － Ｔ ３ Ｂ １ ０ －８ ８ ２ １ １ －０ ２０ １ ４ 基 于液 压传 动 的压 力 机 即液压 机是一 种 重要 的金
传统液压伺服控制多是基于伺服泵或伺服 阀的，
如 文献 ［ ］ ， 用 控 制 比例 四通 阀控 阀 口的大 小 改 ６ 中 采 变进 入 主传 动液 压缸 的流 量 ， 而 控 制 液 压 缸 活塞 杆 进 的位 移 和速 度 ； 文献 ［ ］ 基 于伺 服 变 量 泵 控 液 压 而 ８是 缸 的控 制 ， 即通 过控制 泵 的变量 机 构 的摆 角来 实 现 的。
（ ＞０ Ｘ ）的传递函数的推导。
１ ）定 量泵 的线 性化 流量 方程 对定量 泵 应用 流量 连续性 方 程 ， 得 ： 可
收稿 日期 ：０ １ ３０ ２ １ － －１ ０
基金项 目： 国家 重大科 技专 项资 助项 目（ ０ ９ ｘ ４０ ２ ） ２ｏ ｚ ０ Ｏ ４ １ 大型数控单双动薄板 冲压液压机 作者简介 ： 江（ ９ ３ ） 男 ， 韩 １ ６一 ， 河南 洛 阳人 ， 教授 ， 士 ， 博 主要 从 事数控系统与数控技术方面 的研究工作 。
本 课题 中的新 型伺 服液 压 机 是 基 于 泵 控 液压 缸 ， 采用 的是交 流伺 服 电机带 动定 量 泵 作 为 能量 源 ， 过 控制 通 交 流伺 服 电机 的转速 来控 制泵 的转 速进 而控 制其 流量
和流速 。
属成 形设 备 ， 它是 一 种通 过 对 坯 件 施 加 强 大 的压 力 使 其发 生 变形 或断 裂来加 工 零件 的机 床 。国 内现期 生产
Байду номын сангаас
假 定初 始状 态 为一稳 定 状 态 ， 即液 压 缸 活 塞 杆 静 止 或 恒 速 运 动 。以下 进 行 泵 控 单 出 杆 液 压 缸 滑 块 下 行 时
量泵 ， 液压执行机构为液压马达或液压缸 。动力机构
按控 制 元件 的 不 同可 分 为 两 种 控 制 方 式 ¨ ： 控 ， Ｊ泵 又 称容 积 控制 ； 阀控 ， 称节 流控 制 。 又
机采 用 普通 电机 带动 泵 的运 动作 为能 量 源 ， 比例 伺 服
２ 泵 控液 压缸传 递 函数 的推 导
阀作为输入信号的转换与放大元件 ， 能获得一定 的控
制精 度 和响应 速 度 。但 也 有 高精 度 控 制 困难 、 节 范 调 围窄 、 量损 失 大 、 能 噪声 大 、 统 的柔 性 小 等 缺 点 。 因 系
此 ， 于交流 伺服 电机 的 闭环 伺 服 控 制 技术 是 液 压 机 基 控制 系 统新 的发展 趋势 。 １ 基 于泵控 液压 缸 的伺服 液压 系统
已知系统供油压力为Ｐ ，。 。Ｂ 表示活塞及负载的粘
性 阻尼 系数 ， Ｆ． 表示 液 压 缸 的 负 载力 ， 为 滑 块 下行 位 移 ，。 Ｐ 分别 表 示 液压 缸 两 腔 压 力 ，。 示 流人 Ｐ和 ： ｑ表
液 压缸 液压 油 的流量 ， 压缸 的总 容积 为 ， 液 无杆 腔 的
容 积 为 。 液 压 缸 内泄 漏 系 数 为 Ｃ， 泄 漏 系数 为 设 ｉ外
Ｃ；。 Ｑ 为泵 的流量 ， 。 Ｄ 为泵 的排 量 ， 表 示 泵 的转 速 。
液压 动力 机构 由液 压 控 制元 件 、 执行 机 构 和 负 载 组合 成 的 。液 压控 制元 件 可 以是 液压 控制 阀或伺服 变
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液压 与 气动
２１ ０ １年 第 ｌ Ｏ期
新 型 伺 服 液 压 机 泵 控 液 压 缸 液 压 伺 服 系统 的建 模 与仿 真
韩 江 ，肖 扬 ，夏 链 李贵 闪 ，
Ｍｏ ｅ ｉ ｇ ａ ｄ ｓｍｕ ａｉ ｎ ｏ ｙ ｒ ｕ ｉ ｅ ｖ ｕ ｙ ｔ ｍ ｄ ｌ ｎ ｉ ｌ ｔ ｆｈ ｄ ａ ｌｃ ｓ ｒ ｏ ｐ ｍｐ ｓ ｓｅ ｎ ｏ ｆｒ ｎ ｗ ｓ ｒ ｏ ｃ ｎ ｒ ｌｅ ｙ ｒ ｕ ｉ ｃ ｉ ｅ ｏ ｅ ｅ ｖ ｏ ｔｏ ｌｄ ｈ ｄ ａ ｌ ｍａ ｈ ｎ ｃ
２１ ０ １年第 １ ０期
Ｑ ｌ＝Ｘ ×Ｄ
液压与 气动
（） １
１ ３
函数 可 以简化 。无 论是 对 指 令 输 入 的传 递 函数 还
２ ）液 压缸 的 流量 连续 性方 程 定 义单 出杆液 压缸 两腔 有效 面积 之 比为 ：
Ａ ／ ｌ＝ ＜ １ ２Ａ （） ２
ＨＡＮ Ｊａ ｇ ，ＸＩ Ｏ ｎ ｉｎ Ａ Ｙａ ｇ ，ＸＩ Ｌａ ＩＧｕ—ｈ ｎ Ａ ｉｎ ，Ｌ ｉｓ ａ
（ ． 肥工业大学 机械与汽车工程学 院 ＣＭＳ研究 所 ， １合 Ｉ 安徽 合肥 ２ ０ ０ ； ３０ ９ ２ 合肥锻压集团 有 限公 司 ， ． 安徽 合肥 ２００ ） ３０ ９
摘
要 ： 用交流伺 服 电机 的新 型伺服 液压 机 与采 用 比例伺 服 阀的传 统伺 服 液 压机 的控 制 方 式是 不 同 采
的 ： 统 的伺服 液压 机 采 用的是 比例 四通 阀控 主传 动缸 ， 新 型伺服 液 压机 是 交流 电机 带动 定 量 泵 ， 用 泵 传 而 采 控 主 传动 液压 缸 。该 文主要从 泵控 液 压 缸 建立 起 液 压 伺服 系统 的 数 学模 型 ， 导 出 系统 的传 递 函数 ， 用 推 并 ＭＡ Ｌ Ｂ进 行 系统 的动 态特 性仿 真分 析 并得 出结论 ， 对控制 系统 的设 计和 研 究有 重要 的意 义。 ＴＡ 这
是对干扰输入 和Ｐ 的传递函数 ， 特征方程都是一样 的 ， 一 个三 阶方 程 ， 递 函数 的简 化实 际上 就是 特征 是 传
关键 词 ： 服 液压机 ； 伺 伺服 阀 ； 建模 ； 态特性 仿 真分析 动 中 图分 类 号 ： Ｈ１７ 文献标 识码 ： 文章 编号 ：０ ０４ ５ （ ０ ） ００ １ － Ｔ ３ Ｂ １ ０ －８ ８ ２ １ １ －０ ２０ １ ４ 基 于液 压传 动 的压 力 机 即液压 机是一 种 重要 的金
传统液压伺服控制多是基于伺服泵或伺服 阀的，
如 文献 ［ ］ ， 用 控 制 比例 四通 阀控 阀 口的大 小 改 ６ 中 采 变进 入 主传 动液 压缸 的流 量 ， 而 控 制 液 压 缸 活塞 杆 进 的位 移 和速 度 ； 文献 ［ ］ 基 于伺 服 变 量 泵 控 液 压 而 ８是 缸 的控 制 ， 即通 过控制 泵 的变量 机 构 的摆 角来 实 现 的。
（ ＞０ Ｘ ）的传递函数的推导。
１ ）定 量泵 的线 性化 流量 方程 对定量 泵 应用 流量 连续性 方 程 ， 得 ： 可
收稿 日期 ：０ １ ３０ ２ １ － －１ ０
基金项 目： 国家 重大科 技专 项资 助项 目（ ０ ９ ｘ ４０ ２ ） ２ｏ ｚ ０ Ｏ ４ １ 大型数控单双动薄板 冲压液压机 作者简介 ： 江（ ９ ３ ） 男 ， 韩 １ ６一 ， 河南 洛 阳人 ， 教授 ， 士 ， 博 主要 从 事数控系统与数控技术方面 的研究工作 。
本 课题 中的新 型伺 服液 压 机 是 基 于 泵 控 液压 缸 ， 采用 的是交 流伺 服 电机带 动定 量 泵 作 为 能量 源 ， 过 控制 通 交 流伺 服 电机 的转速 来控 制泵 的转 速进 而控 制其 流量
和流速 。
属成 形设 备 ， 它是 一 种通 过 对 坯 件 施 加 强 大 的压 力 使 其发 生 变形 或断 裂来加 工 零件 的机 床 。国 内现期 生产
Байду номын сангаас
假 定初 始状 态 为一稳 定 状 态 ， 即液 压 缸 活 塞 杆 静 止 或 恒 速 运 动 。以下 进 行 泵 控 单 出 杆 液 压 缸 滑 块 下 行 时
量泵 ， 液压执行机构为液压马达或液压缸 。动力机构
按控 制 元件 的 不 同可 分 为 两 种 控 制 方 式 ¨ ： 控 ， Ｊ泵 又 称容 积 控制 ； 阀控 ， 称节 流控 制 。 又