对计算机辅助设计矫直机液压压下控制系统

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1、学兔兔www.xuetutu.com第2期(总第159期)机械工程与自动化No．22010年4月MECHANICALENGINEERING&AUT0MAT10NApr．文章编号：1672—6413(201O)02—0061—03计算机辅助设计矫直机液压压下控制系统王学伟(太原科技大学材料科学与工程学院，山西太原030024)摘要：针对矫直机液压控制系统中压下液压缸的控制结构．利用计算机辅助设计进行建模，建立该类型控制系统的动态特性传递函数，利用自适应控制方法对模型进行修改，并进行了MATLAB仿真，对此类技术在液压系统中的应用进行了探讨。关键词：仿真；液压系统；矫

2、直机；计算机辅助设计中图分类号：TP391．72：TG333．23文献标识码：A0引言做正向移动时，液压缸的进油、出油流量分别为Q、矫直机的调整机构由4个液压缸驱动，它们同时Q。，其计算公式如下：协调动作来控制矫直辊的辊缝和凸度，对钢板进行矫——一直，因此压下液压缸及其控制系统是极为重要的部分。Q】一C砌√舌(户一p)。⋯⋯⋯⋯⋯⋯(1)一为了对整个控制系统的可靠度进行验证，本文对其进行了建模仿真。Q。一C．r√户z。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(2)其中：c为流量系数；为面积梯度；为工作时主1矫直机液压压下系统建模阀芯实际开口位移；P为进口压力；ro为油液密度；户、1．1

3、建立线性流量方程P分别为液压缸无杆腔、有杆腔压力。四通阀控制差动液压缸常用作机液位置伺服系统由于液压系统正常工作时，活塞大部分时间是在的动力机构，如矫直机的液压压下系统。四通阀控制稳态工作点附近做微量运动，进行线性化化简后可得差动液压缸的工作原理如图1所示。其线性流量方程：Q^一K，一KcPL。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(3)其中：Q为流入液压缸与流出液压缸流量的平均值；K为滑阀总的流量增益；Kr为流量压力系数；户为负载压降，户一户--p。。1．2流量连续方程根据流体连续原理，可以写出流人、流出液压缸的流量连续方程：一P+·警。⋯⋯．．(4)图1阀控非对称缸工作原理其中：

4、为液压缸的总泄漏系数，C一c，+÷c，C假定：①供油压力恒定，回油压力为0；②非对称为内泄漏系数，C为外泄漏系数；A。为无杆腔活塞面阀口为矩形阀I：1，阀口处流动为紊流；③油液温度及积；为活塞的位移；．为等效体积弹性模量；V，为密度均为常数；④不考虑管道的动态损失；⑤忽略库腔室中的初始容积。仑摩擦力。图1中各物理量以箭头所示为正向，当阀1．3液压缸和负载的力平衡方程收稿日期：2009—06—23；修回日期：2009一ll2O作者简介：

5、三学伟(1984一)，男．湖北随州人．在读硕士研究生。学兔兔www.xuetutu.com·62·机械工程与自动化2010年第2期

6、忽略库仑摩擦等非线性负载和油液的质量，根据K∞2一一牛顿第二定律有：⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(11)F一以Pl--A。P。一，+++F。其中：Y(s)为液压控制系统输出；U()为液压控制系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(5)统的控制输入；K为系统的开环增益。其中：F为液压缸产生的驱动力；”为活塞及负载的、、K左右整个系统的动态特性。为说明本总质量；B为活塞和负载的黏性阻尼系数；K为负载设计自适应控制系统的有效性，给定一个具体的液压的弹簧刚度；F为作用在活塞上的任意外负载力；A控制系统特征参数，即：一60rad／s，一0．28，K一为有杆腔活塞面

7、积。ll。将这些参数带入传递函数中，作出其Simulink仿1．4阀控液压缸的传递函数真模型图，见图3。将阀控液压缸的3个基本方程(即式(3)、式(4)、式(5))进行拉普拉斯变换，得：QL—Kv—KcP，。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(6)QLA1y+(c+vt)⋯⋯⋯⋯．．。(7)L一者(+BcS+K)y+。⋯⋯⋯⋯(8)通过联解式(6)、式(7)、式(8)，可得当输入量为v，输出量为y时的传递函数，即活塞位移对阀位移图3仿真模型图的传递函数：通过系统仿真可得时域特性仿真曲线及其BodeKg图，见图4。由图4可知，该液压控制系统处于临界状Y态，不是理想的控制系统，需创建

8、一个自适应控制系统。x一——．—一。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(9)v(≤++1)。其中：O)h为液压固有频率；为液压阻尼比。磐2压下位置控制系统仿真伺服阀一般为电液伺服阀。此外，在对称伺服阀的基础上，采用大小不等的局部开口即可获得非对称伺服阀．可简化为二阶环节，位移传感器可简化为比∞、例加惯性环节。图2为伺服阀控非对称液压缸系统线、趔jE丑性化模型，图2中G1()一1三、＼—；H()一以】s。IllS。十BS+K一频率／(rod．s)图4液压控制系统的时域特性曲线3自适应控制器的设计自适应控制系统是一个具有一定适应能力的系统，它能够认识环境条件的变化，并自动校正控制动作，

9、使系统达到