针对液压驱动物理仿真系统建模与特性分析

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1、学兔兔www.xuetutu.com液压驱动物理仿真系统建模与特性分析田魁岳’，刘艳梅(1．天津鼎成高新技术产业有限公司；2．天津航海仪器研究所)摘要：液压驱动物理仿真系统是集机、电、液、仪、计算机于一体的高新技术产品，可以为浮动坐标系中使用的设备、装置提供装机前的陆上模拟试验平台，并能提供空间姿态真值，同时也可用于人员培训工作。通过系统数学模型的建立，确定系统的传递函数，并对其进行稳定性及响应特性分析，选择合理的校正网络，从而实现系统的稳定和较好的响应特．陛。它对于浮动坐标系中使用的设备、装置的研制，起到节约研制经费，缩短研制周期的作用。关键词：液压驱动；仿真；浮动

2、坐标系；校正；自由度液压驱动物理仿真系统是集机、电、液、仪、计算1系统组成和控制原理机于一体的高新技术产品，可以为车辆、船舶、潜艇、飞机、航天飞行器等浮动坐标系中使用的设备、装置摇摆台主要由机械台体、液压伺服系统、控制提供装机前的陆上模拟试验平台，并能提供陆试模拟系统、测角传感器等组成。摇摆台机械台体布置详平台的空间姿态真值。同时也可用于人员培训工作。见图1。它对于浮动坐标系中使用的设备、装置的研制，起到工作原理：摇摆台的摇摆运动是由电液伺服节约研制经费，缩短研制周期的作用。系统，采取闭环控制原理控制实现的，整个系统液压驱动物理仿真系统可分为并联、串联两种可称为电液位

3、置伺服系统。系统由计算机控制系方式，自由度从单自由度到六自由度不等。本文以统、伺服放大器、电液伺服阀、液压缸、机械台体、某型二自由度液压摇摆台为例对系统的模型确定测角传感器等组成。图2是阀控缸位置伺服系统和特性分析予以说明。原理图。1．轴承座2．外环3．内环4．负载5．轴系和测角传感器6．横摇液压缸7．纵摇液压缸图1摇摆台机械台体总图一38—学兔兔www.xuetutu.com图2阀控缸位置伺服系统原理图摇摆台的运动是由位于转动轴线一侧的伺服它的大小随角度的变化而变化，等效于一个弹性负液压缸来驱动，液压缸的端部通过球铰分别连到相载；同时，内环在摇摆过程中还受到一个恒定

4、摩擦应的环体上。通过测角传感器测量机械台体摇摆的力矩的作用，方向和运动方向相反。惯性力矩、恢复角度0(图3)，并将该角度转换成与之成比例的电压力矩、摩擦力矩分别转换成惯性力、弹性力、摩擦力M反馈到控制系统的输入端，与输入电压进行比作用到液压缸的输出端，与液压缸的主动力相较，产生差值信号e，经伺服放大器放大后输出控制平衡。电流i，加到电液伺服阀，改变电液伺服阀的输出流液压缸与负载的力平衡方程为：量，而后通过液压缸活塞输出位移推动台体Fg=A(pn)=++K+(1)向着消除误差的方向运动。改变输入信号的极性，式中：液压缸产生的主动力，N；可改变伺服阀输出流量的方向，以致改

5、变液压缸和A一液压缸活塞有效面积(对称液压缸，两机械台体的运动方向。液压缸的伸缩驱动各个环体腔面积相等)，113；作摇摆运动，液压缸的伸缩位移和速度决定摇摆运p^一液压缸A腔压力，Pa；动的角位移和角速度。[11p一液压缸B腔压力，Pa；慨一液压缸、机械台体内环和负载(折算到转轴上)的等效质量，kg；——拉普拉斯算子，1／s；一液压缸活塞输出位移，m；——活塞和负载的黏性阻尼系数，N·s／m；——等效弹簧负载的弹簧刚度，N／m；，-一作用到转轴上的摩擦力，N，=常数。Mjj式中：——液压缸作用力力臂，m；．7卜液压缸、机械台体内环和负载(折算到轴上)的总惯量，kg·m

6、。K=GL1／R式中：G——内环重量，N；图3机械台体内环运动示意图——内环重心距转轴距离，m。2机械台体内环受力分析3传递函数的确定以摇摆台机械台体内环(含负载)为例进行受力分析。如图3所示，在内环运动平面内，在液压缸3．1伺服阀的传递函数的推动下，台体绕点D(转轴)旋转一个角度0，内环根据《新编液压工程手册》查得电液流量伺服重量为G，重心在C点，重心距转轴距离，液压缸阀二阶近似传递函数为：驱动内环的铰点为D点，驱动力臂为尺。圜在内环摇摆过程中内环因角加速度的变化会＼OJn／＼∞n／产生一个惯性力矩；由于内环重心偏下，内环转过式中：G(s)——伺服阀传递函数，m3／

7、(s·A)；角度0时，重力的分力对台体产生一个恢复力矩，一39—学兔兔www.xuetutu.comq(s)——输出流量，m3／s；为：(s)——输入电流，A；——阀的流量增益，m3／(s·A)；G==卜丧堋器s——阀的固有频率，rad／s；(等A+器争A+嚣)s+、P‘俐p“P。例P。——阀的阻尼系数。Q■J2】(5)＼一，一-，no一AP式中：Gs)——液压缸输出位移对摩擦力的式中：Q阀的空载流量，m3，s；传递函数，rrdN。厶——额定电流，A。3．3内环摆角和液压缸位移之间的传递函数3．2液压缸的传递函数在摇摆角度较小、液压缸较长时，台体摆角