基于SIMULINK的液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真

1、基 于 SIMULINK 的 液 壓 系 統(tǒng) 動(dòng) 態(tài) 仿 真 楊志堅(jiān),米柏林,賴慶輝(東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院,哈爾濱 150030 摘要:通過采用 MATLAB 語言的 SIMULINK 軟件包對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真的方法,以開關(guān)型閥控缸為例, 建立了液壓系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型, 并給出了仿真模型。 通過對(duì)系統(tǒng)的參數(shù)初始化, 進(jìn)行仿真。 結(jié)果表明, SIMULINK 方法是對(duì)液壓系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行仿真的一條有效途徑。 關(guān)鍵詞:計(jì)算機(jī)應(yīng)用; SIMULINK ;仿真;動(dòng)態(tài)特性;液壓系統(tǒng) 中圖分類號(hào):TP391.9;TH137文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1003188X(200505009302 隨著液壓系統(tǒng)

2、趨于高壓、大流量,液壓系統(tǒng)的 復(fù)雜性不斷提高。傳統(tǒng)的利用微分和差分方程建模 進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性仿真的方法已經(jīng)不能滿足需要。液壓 系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真方法逐漸得到了廣泛的應(yīng)用,對(duì)于 改進(jìn)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、提高系統(tǒng)的可靠性都具有重 要意義。 MATLAB 語言集科學(xué)計(jì)算、自動(dòng)控制、信號(hào) 處理等功能于一體,具有較高的編程效率。同時(shí), MATLAB 還提供了 SIMULINK 軟件包,利用該軟件包 可以方便地對(duì)液壓系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行仿真 1。 1液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)建模圖 1是一個(gè)常見的開關(guān)型閥控缸系統(tǒng),泵出的 油經(jīng)換向閥進(jìn)入液壓缸,并通過換向閥控制液壓缸 進(jìn)、排油,從而實(shí)現(xiàn)活塞運(yùn)動(dòng)及換向。液壓缸進(jìn)油 腔和回油腔流量連續(xù)性

3、方程及活塞運(yùn)動(dòng)方程 2為 t pC p A q c d d 11111+=(1t p C p A q c d d 22222=(2F B tmA p A p +=d d 2211(3 式中 1q 、 2q 流進(jìn)、流出液壓缸的流量(m 3/s ; 1A 、 2A 液壓缸進(jìn)油、 排油腔活塞面積 (m 2; 1p 、 2p 液壓缸進(jìn)、排油壓力(Pa ; 活塞運(yùn)動(dòng)速度(m/s ; c 液壓缸的泄漏系數(shù)(m 3 Pa/s ; m 活塞及負(fù)載的總質(zhì)量(kg ; B 黏性阻尼系數(shù)(N s/m ; F 負(fù)載力(N ; 1C 、 2C 進(jìn)油、排油腔及其管路的液容。 K V C /11= K V C /22=1V

4、 、 2V 工作缸進(jìn)、排油腔容積 (m 3/s ; K 油液體積彈性模量 (N/m 2。 圖 1開 關(guān) 型 閥 控 液 壓 缸 系 統(tǒng) 考察液壓缸有桿腔壓力 2P ,若忽略換向閥對(duì)系 統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響,可知 2P 即為油液經(jīng)過回油管路 時(shí)的沿程損失。設(shè)管路中油流狀態(tài)為層流 3,則有 542210/ 800(×=d Lq p (4式中 油液運(yùn)動(dòng)粘度 (cm 2/s ; L 管長(m d 管徑(mm 需要注意的是,式中 2q 的單位為 L/min ,在仿 真時(shí)需要統(tǒng)一單位。 考 察 流 進(jìn) 液 壓 缸 的 流 量 1q , 對(duì) 于 定 量 泵 , 其 移 動(dòng)部分的慣性和泵的內(nèi)摩擦可以忽略

5、不計(jì)。已知泵 的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為 n ,幾何排量為 P V ,反映泵內(nèi)泄漏程 度的液導(dǎo)為 G ,泵和缸之間的壓力損失為 p ,則泵 的特性方程 4為 (11p p G nVp q +=(5對(duì)式 (1 、 (2 、 (3 、 (4 、 (5 進(jìn)行拉氏變換得 ( ( ( (1111S P S C S V A S Q c +=(6( ( ( (2222S P S C S V A S Q c +=(7 ( ( ( ( (2211S F S V B mS S P A S P A +=(8收 稿 日 期 :2005-01-10作 者 簡(jiǎn) 介 :楊 志 堅(jiān) (1979- , 男 , 黑 龍 江 雙 鴨 山 人 ,

6、 在 讀 碩 士 ,(E-mailhydraulicboy 。 542210/ (800( (×=d S LQ S P (9 ( (11S GP P G nV S Q P =(102仿真模型 根 據(jù) 式 (6 至 式 (10 所 示 的 方 程 , 即 可 以 得 到 圖 2所示的、以力為輸入、速度為輸出的 SIMULINK 仿真的仿真模型。在仿真模型中各參數(shù)取值為 30=m kg 10=B N s/m 3110963. 1×=A m 2 3210347. 1×=A m 2 111047. 4×=c m 3Pa/s 8105. 7×=K Pa3

7、1101778. 1×=V m 3 32108082. 0×=V m 35. 1=L m 32. 0=cm 2/s 13=d mm 2. 0=P Mpa 11106×=G m 3/Pa 2482=n r/min 16=p V mL/r 圖 2仿 真 模 型 3仿真結(jié)果建立仿真模型后,就可以開始對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行 動(dòng)態(tài)仿真。 在 SIMULINK 軟件界面上選擇 SIMULATION 的 START 選項(xiàng),就可以得到圖 2所示模型的仿真結(jié) 果,如圖 3所示。從圖 3可以清晰地看出,系統(tǒng)在階躍輸入下 , 最初有個(gè)振蕩;大約經(jīng)歷 0.1s 以后, 系統(tǒng)的響應(yīng)逐漸穩(wěn)定。從這個(gè)

8、動(dòng)態(tài)仿真的結(jié)果可以 看出液壓系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性的優(yōu)劣,如還不能滿足設(shè) 計(jì)要求,則可改進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì),直到滿足要求為止。 圖 3動(dòng) 態(tài) 仿 真 結(jié) 果 4結(jié)論從對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真的結(jié)果可以看出, SIMULINK 方 法 是 對(duì) 液 壓 系 統(tǒng) 進(jìn) 行 動(dòng) 態(tài) 仿 真 的 一 條 有效途徑,且具有方便、直觀和準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。在設(shè) 計(jì)真實(shí)的系統(tǒng)前進(jìn)行仿真,通過調(diào)整不同的參數(shù), 觀察曲線的變化,可以知道諸參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響, 有利于選擇優(yōu)化參數(shù),設(shè)計(jì)出合理的系統(tǒng)。 參考文獻(xiàn):1 石紅雁 . 基于 SIMULINK 的液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真 J.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào) ,2000,9(5:94-96.2 李 永 堂 . 液 壓

9、 系 統(tǒng) 建 模 與 仿 真 M. 北 京 :冶 金 工 業(yè)出版社 ,2003.3 米 柏 林 . 機(jī) 床 液 壓 傳 動(dòng) M. 哈 爾 濱 :哈 爾 濱 工 程 大學(xué)出版社 ,1997.4 高欽和 . 基于 Simulink 重物舉升液壓控制系統(tǒng)建模與仿真 J. 機(jī)床與液壓 ,2001,(1:61-62. Study on Dynamical Simulation of Hydraulic SystemBased on SIMULINKYANG Zhi-jian, MI Bo-lin, LAI Qing-hui(Engineering College of Northeast Agricul

10、tural University, Harbin 150030, ChinaAbstract :The dynamical model of switch-type valve-controlled hydraulic cylinder is constructed by means of the method to dynamically simulate a hydraulic system based on the software SIMULINK. The dynamical simulation is implemented by initializing the parameters of the system. The simulation results show that the SIMULINK method is an effective way t