液压舵机传动装置系统模型分析

　　0　前言

　　电液伺服系统由于具有体积小、重量轻、响应速度快、控制精度高等一系列优点,在工业控制中获得了广泛的应用。但是,由于液压伺服系统本身比较复杂,其对象参数会随着环境条件的变化而发生变化,而且许多电液伺服系统都存在外部负载干扰,这些扰动通常是不确定和未知的,严重影响系统的性能。对于高精度控制,传统的控制方法难以达到满意的效果。解决这一问题较好的方法是采用自适应控制。然而,自适应控制在工程应用中还存在一些困难: (1)必须识别出被控对象的数学模型,或用其它手段解决状态重构问题,实际应用中容易带来较大误差; (2)对一些复杂的高阶、非线性系统,理论上还没有合适算法; (3)自适应机构复杂,计算工作量大,难以实现实时控制。电液伺服系统是一个典型的非线性系统,许多电液位置系统中都存在着外部的负载干扰。这些严重影响控制系统性能的干扰,常常是不确定和未知的。这使得常规的控制算法受到一定局限。针对这一问题,本文提出对舵机的精确建模及相应的仿真分析,为准确把握其内部性能提供可靠的手段。

　　1　模型原理简图

　　某舵传动装置液压系统构造方框图如图1所示,其中输入为电压信号δd, Ka为放大系数, X为动作筒输出位移, R为舵面绕中心回转半径,δ为输出舵偏角。反映线圈回路动态的传递函数为:

　　其中ωe为力矩马达的电气转折频率,衔铁组件的传递函数W2(s)为:

　　其中: J_at为衔铁组件转动惯量; B_at为衔铁组件运动阻尼系数; K_an为弹簧管弹性系数;ω_ms为组件固有频率;δ_ms为组件相对阻尼系数。

　　2　建模分析

　　2·1　力矩马达的传递函数

　　设驱动滑阀的力为Fg,则力平衡方程为:

　　式中: mc为力矩马达质量; Bc为力矩马达阻尼系数;Fsc为滑阀的稳态液动力。

　　在平衡工作点附近线性化后取值为:

　　F_sc=K_sxcs_c-K_spcp_LC(4)

　　式中: K_sxc为液动力弹簧刚度; K_spc为液动力中的压力项系数。

　　整理方程得:

　　式中: TLC为与负载压力有关的稳态液动力项折算到衔铁处的外负载力矩,表示成输入输出关系形式得:

　　其中: K₀=KeKte/Kan(Rce+rp);ωr为力矩马达的转折频率;ω₀为力矩马达的固有频率;δ₀为力矩马达阻尼比。