面向液压系统动态特性的数字仿真技术研究

　　0 引言

　　液压传动与控制技术是现代机械装备技术进步的基础技术,近半个世纪以来几乎应用于绝大部分机械设备的驱动、传动和控制,如国外生产的95%的工程机械、90%的数控加工中心、95%以上的自动化生产线都采用液压传动与控制技术。随着现代机械装备的不断发展与进步,对液压传动与控制技术的要求也越来越高。采用传统的静态经验设计液压系统已不能满足要求,目前液压技术领域中的国内外学者正致力于液压系统动态设计理论和方法的研究,以适应液压技术发展的要求。计算机数字仿真技术渗透于液压系统动态特性的研究,使液压系统设计进入了信息化设计的新时代。节流调速系统常作为终端执行系统中关键的传动系统,其动态特性的好坏直接影响终端执行件的工作精度(包括位置精度、运动精度等)以及工作的稳定性、响应速度和动态刚度。因此,本文对节流调速系统进行数学建模和数字仿真,研究分析其动态特性,提出改善动态特性的措施,旨在提高现代机械特别是机床的工作精度和使用性能。

　　1 液压系统动态特性建模理论和方法

　　研究液压系统动态特性的主要方法,有传递函数分析法、模拟仿真法、实验研究法和数字仿真法等。基于经典控制理论的传递函数分析法,是在拉氏变换的基础上,以系统本身参数描述线性定常系统输入量与输出量的关系,它表达了系统内部的固有特性,目前较为成熟,方法简便实用,但通常只局限于单输入、单输出的线性定常系统,而液压系统多为多输入、多输出非线性时变系统。因此,采用这种研究方法分析液压系统的动态特性具有一定的局限性,不可避免出现误差。

　　模拟仿真法是采用物理模拟量进行计算机运算的一种实用的研究手段,具有接近实际情况,系统参数调整和调试简单及运算速度快等特点,但其运算精度低。用实验研究法分析系统动态特性曾是一种行之有效的研究手段,能直观真实地分析系统动态特性和参数变化,但研究周期长,费用大,且通用性差。

　　基于现代控制理论的数字仿真是当前学术界正在关注和研究的一种前沿的研究系统动态特性的方法,通过建立状态方程动态模型,然后在计算机上求出各种主要变量在动态过程中的时域解,它既可用于线性系统,也可用于非线性多变量时变系统,并能完全表征系统的动态行为,刻画出系统内部结构和动态特性,它具有精确、可靠、适应性强、周期短和费用低的优点。

　　本文采用传递函数和状态空间方程分析法进行节流调速液压系统动态建模,并进行数字仿真,据此提出改善系统动态品质的措施。

　　2 数学建模

　　2.1传递函数建模法