伺服阀动态测试缸的仿真及分析

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1、第六届全国流体传动与控制学术会议伺服阀动态测试缸的仿真及分析1,2221安高成彭朝琴付永领王明智（1.太原科技大学太原030024；2.北京航空航天大学北京100083）摘要:本文以伺服阀测试台技术指标为基础，分析了动态测试缸的影响因素，建立了相应的数学模型，并进行了仿真，给出了相关的结论。关键词:伺服阀动态测试缸频率特性固有频率中图分类号：TG156SimulationandAnalysisonServoValveDynamicTestingCylinder1,2221ANGaochengPENGChaoqinFUYonglingWANGMin

2、gzhi(1.TaiyuanUniversityofScienceandTechnology,Taiyuan030024;2.BeijingUniversityofAeronautics&Astronautics,Beijing100191)Abstract:Basedonthetechnologyindicatorsofservovalvetestbench,thispaperanalyzestheimpactofthedynamictestcylinder,establishesthecorrespondingmathematicalmode

3、landsimulation,andgivestheconclusions.Keywords:ServovalveDynamictestingcylinderCharacteristicsofthefrequencyNaturalfrequency运动组件质量；2）减少了相应的同轴配合，可大幅0引言降低工艺要求；3）减少了外泄漏环节，提高了控制容积刚度。在电液伺服阀的频率特性测试中，伺服阀输入1伺服阀动态测试缸的分析计算信号是一定频率范围内的正弦信号，伺服阀输出的是一个对应的空载流量，检测分析输出流量和输入1.1主要结构尺寸的确定信号可以确定伺服

4、阀的频率特性。由于瞬态流量很现在的动态测试液压缸基本采用无活塞杆且传难直接测得，且缸的速度和缸的流量成正比，因此感器内置的结构，故其主要结构尺寸是液压缸的缸一般是用动态测试缸间接测取。为了能够准确不失径D和活塞的限位行程L，两者相互关联，和被试真地描述伺服阀的特性，对动态测试缸提出了较高伺服阀的额定流量相关。的要求，体现在动态测试缸必须具备很高的固有频设活塞在伺服阀的驱动下做正弦运动，活塞行率以确保足够的频率范围和很小的运动阻力以减小程为y，低频振幅为y0，则有对伺服阀的干扰。基于这些考虑，目前动态测试缸y=ysinωt（1）0经常采用无活塞杆结

5、构，且活塞与缸体之间采用间式中ω—活塞正弦运动频率。隙密封的形式，如图1所示。无活塞杆结构具有以相应的活塞运动速度为下特点：1）由于减少了活塞杆部件，因此可以减小dyv==ωycosωt（2）0dt设伺服阀的额定流量为Q，额定电流为I，nN频率特性试验时输入伺服阀电流信号峰值为5.0I，则在规定的初始频率下伺服阀最大流量和N缸的最大速度之间有图1动态测试缸结构1第六届全国流体传动与控制学术会议5.0Q1000合间隙面积；μ—油液的动力粘度；F—活塞上的nωy=×（3）02πD460摩擦力；x—活塞的位移；δ—活塞与缸体的配合间隙。一般伺服阀测试选

6、择起始频率为5Hz，则式活塞运动的剪切流量为（3）可改写为dxδQQ1=πD⋅（9）ndt2y=.03377×（4）02D活塞运动的泄漏流量为根据式（4）就基本可以确定动态测试缸的结构3πDδ尺寸。在实际设计时，还需要另外考虑传感器的测Q2=P1（10）12μL量范围并结合动态性能要求最终优化确定。1.2动态缸的固有频率分析式中L—活塞和缸体之间的配合长度。阀控液压缸的固有频率为控制腔的压缩流量为2ω=4βeA（5）dVdP1V+AxQ==⋅（11）VM3tdtdtβ式中βe—油液弹性模量；A—活塞面积；根据式（6）~（11）即可建立动态缸的数学

7、模V—活塞腔的容积；M—活塞运动组件质量。型。t从（1）式可知，提高动态缸的固有频率，应该3动态测试缸的仿真分析是降低活塞组件的质量、减小工作容积、增大活塞面积和提高油液的体积弹性模量。在实际计算过程依据前面建立的数学模型，利用中，还应该充分考虑油液惯性的影响，故需在计算MATLAB/simulink建立如图2所示的仿真模型。仿活塞组件质量的时候，将对应的油液质量一并考虑。真模型中，伺服阀额定流量240L/min，活塞直径2动态测试缸的数学建模85mm，活塞长度30mm，系统压力24MPa，伺服阀输入电流幅值0.25I，活塞与缸筒间隙5μm。n动

8、态缸的数学建模主要考虑活塞的运动速度、仿真分析中，主要考虑高频段，主要是在高频段活加速度、位移、控制腔的压力变化过程、惯性力、塞的阻力和