二通比例流量閥動態(tài)特性仿真研究

二通比例流量閥動態(tài)特性仿真研究

0基于amesim的插裝閥仿真模型建立隨著水流、算法理論、現(xiàn)代控制理論、可靠性理論等學(xué)科的發(fā)展，尤其是計算機(jī)和計算機(jī)科學(xué)的快速發(fā)展，管道模仿技術(shù)越來越成熟，越來越成為液壓機(jī)設(shè)計人員的強(qiáng)大支柱。本文利用AMESim仿真軟件中的液壓元件設(shè)計庫建立二通比例流量插裝閥的仿真模型,并與樣本曲線進(jìn)行對比,驗(yàn)證并修正仿真模型,確保液壓系統(tǒng)仿真時的準(zhǔn)確性。對于系統(tǒng)的仿真來說,對所選元件的仿真是基礎(chǔ),只有準(zhǔn)確的描述了元件的仿真才能更加真實(shí)可靠的對整個液壓系統(tǒng)的動態(tài)特性進(jìn)行研究分析1tch模式的液壓系統(tǒng)仿真模型下面對回路中常用的如圖1所示的二通比例流量閥進(jìn)行建模仿真。在AMESim環(huán)境下,利用Sketch模式調(diào)用軟件系統(tǒng)提供的機(jī)械庫、液壓庫和信號庫建立如圖2所示的液壓系統(tǒng)仿真模型圖仿真元件的型號為2WRCE63-K001-14/SG24/M-54。通過查詢該閥樣本中的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及對未知且重要參數(shù)的實(shí)際測量,在定義模式中匯總并輸入該閥的具體設(shè)定參數(shù),下表1為該閥的主要設(shè)定參數(shù)。2仿真結(jié)果與分析通過以上所建立的仿真模型可以得到插裝閥的流量-壓差特性曲線,將仿真結(jié)果的曲線與閥的樣本給定曲線對比,建立與樣本實(shí)驗(yàn)測試曲線最吻合的模型。比例閥的響應(yīng)特性是最重要的一個參數(shù)指標(biāo),通過仿真數(shù)據(jù)和給定進(jìn)行比較,驗(yàn)證仿真模型的準(zhǔn)確性。主閥芯的位移最大為0.05m,在圖3中是閥芯位移從0~0.01變化的階躍曲線,仿真結(jié)果可以看出實(shí)際響應(yīng)時間不超過20ms,說明閥的響應(yīng)時間非常迅速,能夠在短時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)開口度的變化。通過控制部分中PID模塊的參數(shù)調(diào)節(jié),可以優(yōu)化和改善仿真模型的階躍特性曲線,從而更加真實(shí)的體現(xiàn)仿真模型的準(zhǔn)確性。3外部控制壓力對閥芯響應(yīng)的影響我們通常忽略了控制壓力變化對階躍曲線的影響,從下圖仿真數(shù)據(jù)的比較說明這種影響是巨大的,尤其是在一些重要場合使用更要關(guān)注外部控制壓力的設(shè)定和變化。在其他PID參數(shù)設(shè)置不變的情況下,圖4中4條曲線代表外部控制壓力分別為50bar、100bar、200bar、300bar的情況下對應(yīng)的階躍響應(yīng)曲線。通過仿真可以看到控制壓力越大,閥芯響應(yīng)時間越快。在對響應(yīng)要求較高的場合下,提高控制壓力是非常必要的。4比例增益對階段制度的影響在工程實(shí)際中PID控制應(yīng)用最為廣泛。通過調(diào)節(jié)PID參數(shù),可實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下,兼顧系統(tǒng)的抗干擾能力和帶載能力常規(guī)PID控制器原理框圖如圖5所示。PID調(diào)節(jié)器是一種線性調(diào)節(jié)器,它將給定值r(t)與實(shí)際輸出值c(t)的偏差的比例(P)、積分(I)、微分(D)通過線性組合構(gòu)成控制量,對控制對象進(jìn)行控制。調(diào)節(jié)器的微分方程為:式中e(t)=r(t)-c(t)PID調(diào)節(jié)器的傳輸函數(shù)PID調(diào)節(jié)器各校正環(huán)的作用(1)比例環(huán)節(jié):即實(shí)時地反應(yīng)控制系統(tǒng)信號的偏差,一旦產(chǎn)生偏差,調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生控制作用以減小偏差。一般增大比例系數(shù),將加快系統(tǒng)響應(yīng)速度,有利于減小靜差,但并不能從根本上消除靜差振蕩次數(shù)增多,使調(diào)節(jié)時間加長。當(dāng)比例系數(shù)大于一定值時還會使系統(tǒng)穩(wěn)定性變差甚至使系統(tǒng)變得不穩(wěn)定,過小又會使系統(tǒng)動作遲緩。(2)積分環(huán)節(jié):主要用于消除靜差從而提高系統(tǒng)的無差度。增大積分時間常數(shù),有利于使系統(tǒng)更趨于穩(wěn)定,能使震蕩降低,超調(diào)減小,但同時不利的影響是會延長系統(tǒng)消除靜差的時間,所以又不能使積分時間常數(shù)太小,否則會使系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低。(3)微分環(huán)節(jié):能反應(yīng)偏差信號的變化速率,并能在偏差信號的值變大之前,在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號,從而減小調(diào)節(jié)時間,加快系統(tǒng)的動作速度?？傊?比例系數(shù)主要用于偏差的粗調(diào),以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。積分時間常數(shù)主要用于偏差的微調(diào),以保證系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。微分時間常數(shù)主要用于偏差的微調(diào),以保證系統(tǒng)響應(yīng)的快速性。下圖6就是對PID中調(diào)節(jié)最為迅速和關(guān)鍵的的積分環(huán)節(jié)的仿真,通過不同的比例增益說明其對響應(yīng)的影響程度。改變PID參數(shù)中的比例增益,從圖中可以看出增益過大和過小對系統(tǒng)都會產(chǎn)生不利的因素,增益過大會使系統(tǒng)變得振蕩,增益過小會使系統(tǒng)響應(yīng)時間變慢,但是有時為了提高系統(tǒng)的響應(yīng)時間,必須適當(dāng)提高比例增益,即使系統(tǒng)出現(xiàn)輕微的振蕩也是值得的。5pid模塊的應(yīng)用二通比例流量插裝閥是液壓系統(tǒng)中非常重要的元件,通過建立仿真模型,分析并驗(yàn)證了幾種重要參數(shù)的動態(tài)特性仿真曲線和影響。研究結(jié)果表明:二通比例流量插裝閥實(shí)際響應(yīng)時間不超過20ms,說明閥的響應(yīng)時間非常迅速,能夠在短時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)開口度的變化,通過PID模塊的各參數(shù)調(diào)節(jié),可以優(yōu)化和改善仿真模型的階躍特性曲線,更加真實(shí)的體現(xiàn)仿真模型的準(zhǔn)確性。通過外部控制壓力的仿真可以看到控制壓力