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运用AMESim/Simulink的液压机同步平衡控制系统的仿真研究

作者:Simwe    来源:LMS    发布时间:2012-09-13    收藏】 【打印】  复制连接  【 】 我来说两句:(0逛逛论坛

2.3 有关参数的设置

在AMESim软件中仿真时系统所有模型均被参数化,各种参数均在参数模式下进行设置。设液压油密度为998kg/m3 , 液体体积弹性模数为1.82 ×103MPa,绝对黏度为1.057cP。两对角液压缸活塞直径为140mm, 活塞杆直径为75mm, 工作行程为800mm, 工作压力为25MPa, 油泵额定压力为31.5MPa,公称排量为25mL / r,电动机转速为1400 r/min,比例流量阀的最大流速为63L /min,位移传感器选用有效测量长度为900mm的光栅尺,其分辨率为1μm,可由此设置工作死区的大小。

仿真设定活动横梁受逆时针偏心力矩,相当于给左侧液压缸活塞杆一个向下的力,同时给右侧液压缸活塞杆一个向上的力,两力大小相等,方向相反。在1 s时开始施力,在一定时间内加载到额定工作压力。设定两侧液压缸活塞初始位置均在液压缸中部且处于静止平衡状态,上、下两腔压力相等,各处管道均有相应的压力。先导逻辑阀A、B、C、D 全闭, 形成封闭系统。在Simulink中对先导逻辑阀A、B、C、D 采用开关控制, 对控制补、溢油的两个比例流量阀采用易于实现的P ID 控制。设定参数并锁定初始状态后进入运行模式,开始仿真。

3 仿真分析

在同步平衡控制系统的控制要求中,最重要的性能指标是动态最大偏差、静态偏差和调节时间。动态最大偏差指在系统调节过程中,两对角液压缸活塞位移差绝对值的最大值,静态偏差指系统调节稳定后,两对角液压缸活塞位移差绝对值的最大值。动态最大偏差的大小决定了同步平衡控制系统的使用可靠性和液压机框架最大附加应力的大小。静态偏差的大小则直接决定了被加工工件的尺寸精度。同步平衡控制系统的调整时间是以外载稳定后至将活动横梁校正到稳态死区下限内为止的时间,减少调整时间有利于提高生产效率和提高产品质量。

在液压机的加载过程中,活动横梁所受外载中偏心力矩对同步平衡控制系统的控制精度影响最大,它随着液压机主缸加载力及偏心矩的变化而时刻改变,当液压机加载完毕时,偏心力矩也随之稳定。另外活动横梁转动黏性阻尼及液压缸活塞受到的动/静态摩擦力矩的变化也对系统的控制特性有很大的影响。

图4所示是控制参数不同时两对角液压缸活塞位移偏差的变化图。对两比例流量阀采用的是易于实现的PID控制,比例系数大,动态最大偏差小;比例系数小,动态最大偏差大。微分系数对动态最大偏差的影响较小,对偏差曲线的变化快慢有较大作用,微分系数大,曲线的斜率就小,曲线圆滑,调整时间长;微分系数小,曲线陡直,调整时间短。积分项是对过去所有值的累加,当液压机加载速度稳定时,也能使偏差曲线有下降趋势。

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图5 所示是加载时间不同时两对角液压缸活塞位移偏差的变化图。加载时间长时,动态最大偏差小;加载时间短时,动态最大偏差大。

补油开口与溢流开口不一致时,对位移偏差曲线的影响如图6所示。补油开口大于溢流开口,能使液压机尚在均匀加载且未达到最大工作压力时就可以实现部分纠偏,应当减少调整时间。若补油开口小于溢流开口达到一定程度时,能减小动态最大偏差,提高动态精度。

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图7所示为摩擦力对位移偏差的影响。由图7看出液压缸活塞受到的动/静态摩擦力是影响调整时间的重要因素,静态摩擦力越大,调整时间越长。

图8所示为位移传感器精度对位移偏差的影响。由图8看出传感器精度越高,可以设置的死区范围越小,同步平衡系统纠偏的动/静态偏差都会相应地减小。

4结语

本研究运用AMESim软件为液压机一对对角液压缸的同步平衡控制系统回路建立了仿真模型,分析对比了控制参数、加载速度、传感器精度以及活塞杆所受动/静摩擦力等因素对最大动态偏差、静态偏差和调节时间同步性能指标的影响。

AMESim提供了一个系统工程设计的完整平台,其基本元素的概念,使得用户可以用尽可能少的元素来建立尽可能详细的复杂模型,并在此基础上进行仿真分析,进而从繁琐的数学建模中解放出来,更专注于物理系统本身的设计。

经过仿真分析,采用了溢流补偿型同步平衡控制系统的某试验样机,通过控制参数的设置,其同步平衡控制系统精度能达到01034mm /m,调节时间小于218 s,满足同步系统设计要求。

参考文献:
[ 1 ] IMAGING公司. AMESim用户手册.
[ 2 ] 中国机械工程学会塑性工程学会. 锻压手册(第3卷:锻压车间设备) [M ]. 北京: 机械工业出版社,2007.
[ 3 ] 江玲玲,张俊俊. 基于AMESim与Matlab \Simulink联合仿真技术的接口与应用研究液压机[ J ]. 流体传动与控制, 2007 (3).
[ 4 ] 谭建平,刘昊. 溢流补偿型液压位置保持系统的研究及应用[ J ]. 机械工程学报, 2004 (3).
[ 5 ] 刘忠伟. 液压同步控制系统及其在巨型水压机上的应用[ J ]. 液压气动与密封, 2007 (1)

 
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