閥控液壓馬達(dá)速度伺服系統(tǒng)仿真分析

1、閥控液壓馬達(dá)速度伺服系統(tǒng)仿真分析引言閥控液壓馬達(dá)速度伺服系統(tǒng)的負(fù)載具有較大的慣性和很小的阻尼， 其傳遞函數(shù)?？山朴梢粚?duì)實(shí)部為零的極點(diǎn)組成，并有很低的動(dòng)態(tài)響 應(yīng)，由于負(fù)載處在系統(tǒng)的閉環(huán)之中，所以它對(duì)閥控液壓馬達(dá)的動(dòng)態(tài)品 質(zhì)有很大的影響。止匕外，系統(tǒng)的負(fù)載常是可變的，系統(tǒng)設(shè)計(jì)只能針對(duì) 一種特定負(fù)載，負(fù)載一旦改變，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)就會(huì)變壞，有時(shí)甚至 失去穩(wěn)定性，嚴(yán)重的影響了伺服系統(tǒng)的跟蹤性能。 本文主要針對(duì)干擾 力矩對(duì)系統(tǒng)的影響，利用結(jié)構(gòu)不變性原理，消除干擾力矩對(duì)系統(tǒng)的影 響，同時(shí)利用PID控制理論來提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。1閥控液壓馬達(dá)速度伺服系統(tǒng)模型建立閥控液壓馬達(dá)速度伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖 1所示。浪

2、子負(fù)數(shù)創(chuàng)速發(fā)處d、 EL、施壓馬達(dá)萼三速度段表正及放Ll9 1閥控液壓馬達(dá)速度伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖液壓馬達(dá)的力矩方程為： TOC o 1-5 h z DmPl = (Js+ CmS+ G)Hm+Tf(1)負(fù)載流量方程為：Ql = CtmPl = DmS msPl4Pe伺服閥的線性流量方程為： TOC o 1-5 h z Qi = kxx- KpPl電液伺服閥近似看成二階振蕩環(huán)節(jié)：Xv(s)K sv HYPERLINK l bookmark4 o Current Document E=亙二三匚7；sv A 2- 1 sv伺服放大器輸出電流AI與輸入電壓Ue近似成正比，其傳遞函數(shù)可 用伺服放大器增益Ka

3、表示：酊:二. 錯(cuò)誤！未找到引用源。但通常的速度控制系統(tǒng)采用積分放大器，對(duì)原系統(tǒng)加以校正才能穩(wěn)定 工作。校正后的積分放大器增益 Ka表示為：* ,Ka測(cè)速機(jī)速度傳感器(測(cè)速機(jī))的數(shù)學(xué)模型為：曰二K&,錯(cuò)誤！未找到引用源。 在上述公式中：Xv為電液伺服閥 閥芯位移；i為電液伺服閥輸入電流；ksv、Qv分別為電液伺服閥 的增益、阻尼系數(shù)和固有頻率；Dm為馬達(dá)排量；QL為馬達(dá)的負(fù)載流 量；Kx為流量增益系數(shù)；Kp為流量一壓力系數(shù)；只為供油壓力；Ps 為負(fù)載壓力；6 m為馬達(dá)轉(zhuǎn)速；瓦為從油液有效體積彈性模數(shù)；V為 馬達(dá)的總?cè)莘e；J為折算到馬達(dá)輸出軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；Tf為外干擾力 矩；Ctm為馬達(dá)泄露系數(shù)

4、；Cm為粘性阻尼系數(shù)；G為扭簧梯度。Ue為積分放大器額定電壓，；Ka為積分放大器增益。錯(cuò)誤！未找到引用源為傳感器電壓；錯(cuò)誤！未找到引用源。為速度傳感器增益。2電液速度控制系統(tǒng)原理首先給出閥控液壓馬達(dá)速度控制系統(tǒng)的實(shí)際物理模型：圖1閥控液也馬達(dá)電液何煦速度系統(tǒng)I-液壓力達(dá) 2-網(wǎng)速電動(dòng)機(jī)3-何艱放火器 4-電液詞量閥如圖所示，該系統(tǒng)由伺服放大器、電液伺服閥、液壓馬達(dá)、測(cè)速電動(dòng)機(jī)等組成。測(cè)速電機(jī)軸與負(fù)載機(jī)軸相聯(lián)，用于檢測(cè)負(fù)載軸的速度， 檢測(cè)到的速度信號(hào)與指令信號(hào)差（誤差信號(hào)）經(jīng)伺服放大器進(jìn)行功率 放大，產(chǎn)生的電流用來控制電液伺服閥的閥芯位置， 電液伺服閥輸出 壓力油驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)及負(fù)載旋轉(zhuǎn)。根據(jù)所建

5、立的物理模型，可以建立相對(duì)應(yīng)的閉環(huán)控制系統(tǒng)原理的方框圖：仿真系統(tǒng)動(dòng)態(tài)方塊圖根據(jù)所給出的系統(tǒng)原理方框圖以及所求得的各環(huán)節(jié)數(shù)學(xué)模型, 可以得出仿真系統(tǒng)經(jīng)過積分環(huán)節(jié)校正后的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)方塊圖如下：m3 問題描述現(xiàn)有一閥控液壓伺服速度控制系統(tǒng)，具原理圖如圖 1,考慮伺服 閥的動(dòng)態(tài)，伺服參數(shù)為：錯(cuò)誤！未找到引用源。=3060e-6,錯(cuò)誤！未 找到引用源。=600,錯(cuò)誤！未找到引用源。=0.5,液壓缸的參數(shù)為 錯(cuò)誤!未找到引用源。=1.25e6,錯(cuò)誤！未找到引用源。=388,錯(cuò)誤！未找 到引用源。=0.94,放大器增益 錯(cuò)誤！未找到引用源。=0.05,試用 simulink對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，并比較校正前后

6、系統(tǒng)穩(wěn)定性，分 析校正前后的變化。4解題步驟(1)根據(jù)給定的參數(shù)，利用simulink對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行未加積分環(huán)節(jié)校正的系統(tǒng)建模，如下圖所示:未校正系統(tǒng)的simulink模型(2)繪制未校正系統(tǒng)的伯德圖。Matlab程序如下：clear all ;clc;Wsv=600;zuni1=0.5;Ksv=3060e-6;Ka=0.05;i=3;Kf=0.175;Wh=388;zuni2=0.94;Kh=1.25e6;sys=tf(Ka*Ksv*i*Kf*Kh,conv(1/WsvA2 2*zuni1/Wsv 1,1/WhA22*zuni2/Wh 1);Figure;margin(sys);grid;分析

7、bode圖：re 1口國(guó)國(guó)mp)鎧 n-E6BN00oJIBode DiagramGm - -32 G dB (at 515 rad/s), Pm - -128 deg (at 1 54e+03 rad/s)0 0 0 9 8 7-14 (?p)vwFrequency irad?s)文件時(shí)編錄(E)苣看(V)插入工具(T)桌司(5 窗口。根從圖可看出系統(tǒng)的穩(wěn)定裕量(Gm=-32.6dB,Pm=-128 )為負(fù)，可 以斷定其閉環(huán)系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。及時(shí) K0值調(diào)很低，對(duì)數(shù)幅頻特性曲 線也是以-80dB/dec或-40dB/dec的斜率穿過零分貝線，系統(tǒng)的相位 裕量和幅值裕量都趨于負(fù)值，使系統(tǒng)不穩(wěn)定。

8、為了使系統(tǒng)有一定的穩(wěn) 定裕度量，必須加校正環(huán)節(jié)。在速度控制系統(tǒng)中，可以用運(yùn)算放大器 組成積分放大器代替原來的放大器。積分放大器如下圖所示：積分放大器其傳遞函數(shù)為:1 Ka鼠勾=。其中，Ka=0.05。加了校正之后的系統(tǒng)仿真方框圖如下:校正后速度控制系統(tǒng)的仿真框圖矯正后的MATLA疆序：clear all ;clc;Wsv=600;zuni1=0.5;Ksv=3060e-6;Ka=0.05;i=3;Kf=0.175;Wh=388;zuni2=0.94;Kh=1.25e6;sys=tf(Ka*Ksv*Kh,conv(1/WsvA2 2*zuni1/Wsv 1 0,1/WhA22*zuni2/Wh 1);figure;margin(sys);grid;口日ca國(guó)1010Frequency (rad/sjBode DiagramGm = 4 09 dB (at 247 rad/s)、Pm = 26 7 deg (at 172 rad/s)me Bpn-EsN (詈)靠我Xeto從伯德圖