基于MATLAB的电液比例控制系统仿真研究

    1　概述

    随着科学技术的飞速发展,电液比例控制技术已不仅仅是一种传动手段,而逐渐变为一种控制手段,充当了连接现代微电子技术和大功率控制对象之间的桥梁。电液比例阀也因其控制精度高、反应快的特点,在高精度的机电一体化系统、工程机械机载驱动系统、大型试验设备中得到广泛的应用。

    本文研究的电液比例控制系统主要由指令装置、比例放大器、电液比例阀、液压缸及负载和反馈传感器组成,见图1。从指令装置发出的指令信号电压作用于系统时,电压信号经比例放大器放大,产生一个差动的电流Δi去控制电液比例阀阀芯位置。比例阀为直动式电液比例减压阀,从比例阀输出的油压推动液压缸动作,最终控制制动器实现制动。从自动控制角度来说,该系统是一个典型的位置控制系统,即系统通过控制比例阀输出的压力实现对液压缸活塞杆位移的控制。显然,系统的性能取决于比例阀、液压缸等元部件的特性。为了分析系统的静、动态特性,我们需建立系统的数学模型,并以此为据,对系统进行分析。

    2　系统模型建立

    2.1　阀控液压缸传递函数的推导

    图2为三通阀控缸控制的组合装置,设油源压力为ps,负载压力为pL,且电液比例阀主阀阀芯对称且为零开口,则主阀的两个对称节流口上的压力差为pv=0.5(ps-pL)。由于主阀节流口可看为锐边,阀节流口可看为锐边节流口,其阀的线性流量方程为:

    QL=Kqxv-KcpL。…………………………(1)

式中:Kq——比例阀的流量增益;

    xv——比例阀阀芯位移;

    Kc——比例阀流量—压力系数;

    Q_L——负载流量。

    液压缸进油腔流量Q1的连续方程为:

    液压缸回油腔流量Q2连续方程为:

式中:V₁——进油腔容积;

    p₁——进油腔压力;

    V₂——回油腔容积;

    p ₂——回油腔压力;

    C_ip——液压缸内泄系数;

    C_ep——液压缸外泄系数;

    βe——液体的体积弹性模量。

    由(2)式和(3)式可以推得流量连续性方程:

式中:x_p——活塞行程;

    C_tp——液压缸总泄系数,Ctp=Cip+Cep/2;

    A——活塞有效面积;

    V——液压缸总压缩容积,V=V1+V2。

    其增量的拉氏变换式为:

    负载模型由负载的非线性力—位移特性及惯性质量两部分组成。活塞动态力平衡方程的拉氏变换式为: