基于阻抗控制的阀控缸系统动态特性分析

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1、第4期机械设计与制造2012年4月MachineryDesign&Manufacture201文章编号：1001—3997(2012)04～0201—03基于阻抗控制的阀控缸系统动态特性分析李昌叶正茂黄其涛(哈尔滨工业大学，哈尔滨150001)DynamicpropertiesanalysisforvalvecontrolledcylinderbasedonimpedancecontrolLIChang，YEZheng-maO，HUANGQi-tao(HarbinInstituteofTechnology，Harbin150001，Chin

2、a)【摘要】建立了阀控液压缸系统动力机构及负载的数学模型，完成了双自由度力控制模型及其传递：函数的推导，并给出了力加载控制系统的方框图。然后提出了力环包容位置环的控制策略，针对力环加载{力控制，设计了基于阻抗控制的力加载控制器，通过运用Matlab~imulink软件对单缸双自由度力加载控{制系统进行仿真分析，得到了系统位置环及力环的频率特J}生及其在阶跃输入下的响应。最后通过阻抗控制2器参数与系统参数不完全匹配时系统阶跃响应的仿真分析结果，验证了该阻抗控制器的有效性。{关键词：阀控缸；阻抗控制；动态特性；【Abstract】Amathem

3、aticmodef加rvalvecontrolledhydraulicclinderandtheloadsisbuiltinit，jfromwhichthecontrolmodeloftheforcewithtwodegreesoffredomanditstransferfunctionisderived，and{blockdiagram0厂theforcecontrolsystemisPresented．Thentheforoecontrol,strategyforinclusiveposition；loopisproposed，load

4、forcecontrollerisdesignedbasedonimpedancecontroLAfierwards，theforcecontrol2systemofsinglehydraulicclinderwithtwodegreeso厂fredomisanalyzedthroughMatlab／SimulinkSOthat￡e{displacementandforcefrequencycharacteristicsofthesystemandthestepresponseareobtainedFin011y，jthroughthesi

5、mulationanalysisfortestepresponseresultswithimpedancecontrolparametersbeingncom一2pleteinaccordancewiththesystemparameters，theeffectivenessofimpedancecontrollerisverifiea~《Keywords：Valvecontrolledcylinder；Impedancecontrol；Dynamicpropertics；中图分类号：TH16，TH137文献标识码：A1lI-=商—单缸系统

6、的供油和回油压力；一阀芯位移；Q、9厂一液压缸进油腔和回油腔的流量；、，l广液压缸无杆腔和有杆腔的压力；高速铁路的快速发展对中国的经济和社会有重大影响。随4、A一液压缸活塞无杆腔和有杆腔的面积；。、。厂液压缸着列车速度的不断提高，对列车的设计也提出了更高的要求，其初始时无杆腔和有杆腔的长度；。、v一液压缸无杆腔和有杆腔中一个主要部分需要对其运动及受力情况在实验室中进行模拟。的容积；一液压缸活塞及末端执行器的质量，为贯通道负载的为此，国内某高校研制了采用Stewart六自由度运动模拟器的车质量；、—传感器及贯通道的刚度；负贯通道阻尼；、端关系

7、综合试验台，如图1所示。厂液压缸及贯通道位移。图1车端关系综合试验台阀控非对称缸具有结构紧凑、响应快、精度高等优点，因而在六自由度运动模拟器中得到广泛应用。当考虑车身方向单自由图2}睦液压缸动力机构原理图度运动时，六自由度运动平台可等效为阀控缸动力机构，对其特2．1液压缸和负载力平衡方程性的研究较多，但对双自由度力控制系统的研究目前较少。对取A=n，令负载压力为=P一nP2，则有：单缸双自由度力控制系统做进一步分析，并运用Matlab／SimulinkAPL=MXl++K(l-X2)(1)软件研究其位置环和基于阻抗控制的力环的动态特性。2．

8、2液压缸流量连续性方程2阀控非对称液压缸动力机构建模考虑忽略外泄漏、初始时两腔容积相等，令Q=2_则阀控非对称液压缸动力机构原理图，如图2所示。图中：、★来稿日期：2011-06