電液伺服掌握系統的設計與仿真引言電液伺服系統具有響應速度快、輸出功率大、掌握準確性高等突出優點，因而在航空航天、軍事、時代，其應用領域也得到廣泛的擴展。隨著液壓系統漸漸趨于簡單和對液壓系統仿真要求的不斷提高，傳統的利用微分方程和差分方程建模進展動態特性仿真的方法已經不能滿足需要。因此，利用AMESim、Matlab／Simulink等仿真軟件對電液伺服掌握系統進展動態仿真，對于改進系統的設計以及提高液壓系統的牢靠性都具有重要意義。液壓系統動態特性爭論概述隨著液壓技術的不斷進展與進步和應用領域與范圍的不斷擴大，系統柔性化與各種性能要求更高，提高系統的響應特性、掌握精度以及工作牢靠性，是格外必要的。液壓系統動態特性簡述液壓系統動態特性是其在失去原來平衡狀態到達的平衡狀態過程中所表現出來的特性〔系統中壓力瞬間峰值與波動狀況以及過渡過程品質〔執行、掌握機構的響應品質和響應速度〕問題。液壓系統動態特性的爭論方法主要有傳遞函數分析法、模擬仿真法、試驗爭論法和數字仿真法等。數字仿真法是利用計算機技術爭論液壓系統動態特性的一種方法系統的工作性能和牢靠性，具有準確、適應性強、周期短以及費用低等優點。仿真環境簡介基于Matlab平臺的Simulink是動態系統仿真領域中著名的仿真集成環境用。Simulink借助Matlab的計算功能，可便利地建立各種模型、轉變仿真參數，有效解決了仿真技術中的問題。Simulink供給了交互的仿真環境，既可通過下拉菜單進展仿真，也可通過命令進展仿真SimulinkMatlab／Simulink下對液壓系統進展建模及仿真需要做很多簡化工作，而模型的簡化使得仿真結果往往消滅肯定的誤差。AMESim(AdvancedModelingEnvironmentforSimulationofEngineeringSystems)是法國IMAGINE公司開發的一套高級仿真軟件。它是一個圖形化AMESim的特點是面對工程應用從而使其成為AMESim的各種模型庫來設計系統，從而可快速到達建仿照真的最終目標，同時還供給了與Matlab、ADAMS等軟件的接口，可便利地與這些軟件進展聯合仿真。電液伺服掌握的現狀與進展簡介液壓、自動掌握和計算機等各技術領域同步推動。測控系統測量掌握系統隨著數字掌握理論的成熟以及高速DSP、穩定牢靠的要求。目前，HONGJUN公司的TeststarII5000/秒，掌握特性在傳統的PID掌握根底上，還具有前饋掌握、頻率反向補償掌握、幅度掌握和壓差等關心掌握特性。因此數字掌握器由于其豐富的運算功能，其掌握格外敏捷，是模擬掌握系統無法比較的。國。液壓件試驗等領域得到廣泛的應用。計算機多自由度協調掌握、計算機仿真解耦技術等技術的應用和進展，使多通道協調加載系統、道路模擬試驗系統的性能得到進一步提高，促進了電液伺服系統的廣泛應用。可以說電液伺服技術的進展與計算機技術的進展是親熱聯系在一起的。電液伺服掌握系統的模型建立建模方法簡介有機地聯系在一起，便于對系統進展分析和爭論。型，主要形式有微分方程、傳遞函數、方塊圖與信號流圖以及狀態變量數學模型等。建模方法主要有解析法、傳遞函數法、狀態空間法和功率鍵合圖法等。電液伺服掌握系統建模MATLAB/simulink伺服掌握系統建模的一般方法。如表1所示的工件疲乏試驗機電液力伺服掌握系統設計要求和給定參電液力掌握系統，其原理圖與方框圖如圖11工件疲乏試驗機電液力伺服掌握系統設計要求和給定參數項目符號單位質量M450kg彈簧剛度Ks9000~180000N/cm工件液壓缸最大行程S10cm壓下最大負載力Fm90000N掌握精度ef≤±5系統性能參數時間常數t110s力信號電壓ur +－

u c 伺服放大器

q F伺服閥 缸uf力傳感器1工件疲乏試驗機電液力伺服掌握系統原理圖與方框圖12工程參數17.5Mpa工程參數17.5Mpa54.78cm25.5cm3.29L/min4.61011(N/m)/m2.54×10-6m/mA8.810-6V/N供油壓力液壓缸有效活塞桿最大流量壓力增益伺服閥力傳感器(p)s面積(Ap)直徑(d)(qm)(Kp)增益(K)sv增益(K)fF系統建模一般利用微分和差分方程進展環節的數學模型建立傳遞函數。工件疲乏試驗機電液力伺服掌握系統組成元件或環節的傳遞函數為：伺服放大器傳遞函數：ΔI(s)/Uc(s)=Ka電液伺服閥傳遞函數：KsvGsv(s)=Q0/ΔI=Ksv〔視為比例環節〕液壓缸與負載的傳遞函數：Fg=KpAp(s2/ωm2+1)/(s/ωr+1)(s2/ω02+2*ξ0/ω0s+1)式中ωm——負載固有頻率；ωr——一階慣性環節的轉折頻率；ω0——二階振蕩環節的固有頻率；ξ0——二階振蕩環節的阻尼比。通過系統給定參數和查閱伺服閥樣本Ks=180000N/cm放大器增益K=40000mA/V，ω=0.588rad/s，ω=200rad/s，ω=674rad/s，ξ =0.005。再依據系統各a r m 0 0環節的傳遞函數，建立系統simulink21In11In1400000.0000025462215s2+2488600000conv([1/0.5881],[1/674^20.01/6741])(s)液壓缸1Out1放大器伺服閥0.0000088力傳感器2simulink電液伺服掌握系統的動態仿真MATLAB/simulink環境下動態設計與仿真的一般方法。負載擾動誤差的計算光電檢測器和放大器〔合稱為光電掌握器〕響應均很快，可視為比例環節，其總增益K值可依據系統a需要由伺服放大器進展調整。伺服閥與液壓缸－負載的傳遞函數可由樣本查取。建立系統框圖如圖 3所示。系統中液壓缸－負載環節的負載力F對系統具有肯定影響，負載力包括摩擦力及慣性力等。較大L的負載力會產生較大的死區，從而產生較大的掌握誤差，同時也會影響到系統的穩定性。擾動傳遞函數FLKce指令信號Ur Ue

Ap2i qKa KsvGsv(s)

(1 Ks)2

K1 XpS2 2ξh掌握器增益

伺服閥

s( 2+ωωh hω

s+1)Uf 液壓缸3典型電液位置伺服系統框圖〔干擾誤差KceAp2FL_+_+KXpKaKsv1s1所示的系統框圖中，因摩擦力較大，故只考慮摩擦力作為負載擾動〔不考慮慣性力KceAp2FL_+_+KXpKaKsv1s4負載擾動的靜態方框圖4e= K

FceL (式中K

=1/A) 〔1〕ss Ka

K KA2 1 psv 1 p依據圖33所示的相關參數。3電液位置伺服系統的主要參數項項目液壓缸有效面積(Ap148(cm2)負載力(F)L液壓阻尼比液壓固有頻率〔ξ〕h(ω)h動態柔性系數〔K〕2伺服閥增益(Ksv伺服閥固有頻率伺服閥阻尼比(ω)(ξ)sv流量-壓力系數(K)cesv參數27468(N)0.05988.84(rad/s)0.096(s)1.78×10-3m3/(?A)157(rad/s)0.78.25×10-12(m/s?Pa)將表3參數代入式1e=0.051-〔m。ss系統的穩定性分析的平衡狀態。在通常狀況下，負載擾動引起的穩態誤差相對于掌握系統總的穩態誤差不會對系統的動態性能產生太大的影響。但假設對系統負載擾動作用下引起的穩態誤差提出了明確要0.02，則由此確定系統的開環增益為：Kv由式〔2〕可得，K≥415.7aK=416a

=KK Ka sv

≥1/0.02=50 (2)Ka31，利用MATLAB/simulink511In1416Gain0.001782TransferFcn11/0.01481/88.8^2s+0.4/88.8sTransferFcn21Out15帶材糾偏掌握系統動態模型5G(s)H(s) 416s(s2

20.7s1)(s2

20.2s1)1572 157 88.82 88.8依據系統的開環傳遞函數，編寫MATLAB程序，繪制系統的Bode6、7dMd(eaP

100500-50-100-150-200-90-180-270-360

BodeDiagramGm=-21.8dB(at74.8rad/sec),Pm=-157deg(at152rad/sec)-450100 101 102 103 104Frequency(rad/sec)6Bodexx104StepResponse10-1ppmA

-2-3-4-5-6-7-80 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1

0.12 0.14 0.16 0.18 0.27系統的階躍響應曲線從圖6、7中可以看出，系統的幅值裕度與相角穩定裕度均為負值，階躍響應曲線為發散振蕩，說明系統是不穩定的，必需校正。系統的校正設計依據系統的性能指標〔時域性能指標和頻域性能指標統進展校正，只要設計合理，能夠有效減小或消退負載擾動對系統影響，滿足系統動態性能指標用不同的校正方法。下面利用MATLAB/simulink環境，承受掌握系統Bode圖常規設計法的超前校正介紹上述系統校正設計的一般方法。基于MATLAB環境的掌握系統校正設計簡便直觀。在對系統進展超前校正時，可通過自編函數來計算超前校正器的傳遞函數，自編函數程序：fuction[gc]=cqjz(key,ks,vars)%matlabfunctionprogramcqjz.m%ifkey==1gama=vars(1);gamal=gama+5;[mag,phase,w]=bode(ks);[mu,pu]=bode(ks,w);gam=gama1*pi/180;alpha=(1-sin(gam))/(1+sin(gam));adb=20*log10(mu);am=10*log10(alpha);wc=spline(adb,w,am);t=1/(wc*sqrt(alpha));alphat=alpha*t;gc=tf([t1],[alphat1]);elseifkey==2wc=vars(1);num=ks.nun{1};den=ks.den{1};end

na=polyval(num,j*wc);da=polyval(den,j*wc);g=na/da;g1=abs(g);h=20*log10(g1);a=10^(h/10);wm=wc;t=1/(wm*(a)^(1/2));alphat=a*t;gc=tf([t1],[alphat1]);掌握系統Bode圖常規設計法的超前校正設計，可依據校正后的相角穩定裕度或剪切頻率求校正器的傳遞函數。設取校正后的相角穩定裕度為72°，調用自編函數，可得到的校正器傳遞函數為：G(s)=0.5998s+115.47s+1建立校正后系統的simulinkBode89dMd(eaP

2001000-100-200-300-90-180-270-360

BodeDiagramGm=6.4dB(at73.8rad/sec),Pm=71.4deg(at16.8rad/sec)-45010-3 10-2 10-1 100 101 102 103 104Fr