电液比例位置控制系统建模与仿真

　　0引言

　　随着现代工业的飞速发展，电液比例技术已广泛应用于精度要求较高的机械加工、冶金和装备制造等行业。在这些行业中，很多液压设备都需要实现精确的位置控制，以获得精密的工件和完成精细的工作，而采用电液比例阀组成的闭环控制系统就能够很好的实现精确位置控制。因此，对其进行研究有着重要的现实意义。

　　本文以军队“2110工程”支持项目“液压综合试验平台”为背景，搭建了比例阀控非对称液压缸位置控制系统，建立了该系统的数学模型，着重对阀控非对称缸的建模方法进行了研究，并利用MATLAB中的SIMULINK进行了仿真分析并设计了PID控制器对系统进行了校正。

　　1系统的组成及原理

　　该比例阀控非对称液压缸位置控制系统的硬件组成，如图1所示。液压缸为上海立新液压件厂生产的单杆活塞标准液压缸，液压缸标准行程1000mm，活塞直径140mm，活塞杆直径90mm，加载缸为上海立新液压件厂生产的双杆活塞标准液压缸，液压缸标准行程1000mm，活塞直径180mm，活塞杆直径110mm，电液比例方向阀7为北京华德公司生产的4WRA6E20-10B/24NZ4/M型号电液换向阀，电液比例方向阀8为REXROTH公司的生产的H -4WEH25M6X/6EG24N9ETK4-Z4型号电液换向阀，压力传感器是上海天沐的NS-WL2-20T型号力传感器，量程为±20t，位移传感器是该公司的WYDC-1000L，数据的转换是通过1716A/D板卡和1721D/A板卡实现的。

　　液压泵的供油压力为15MP。系统工作时，通过加载液压缸给液压缸加载指定负载(±20t)，位移传感器将液压缸活塞的位置信息通过数据采集卡传递给计算机与理想位移进行比较，得出差值量，经过优化处理和转换输出控制信号，通过比例放大器放大后驱动电液比例方向阀工作，从而实现液压缸位置的精确控制。

　　2比例阀控缸位置控制系统的数学模型

　　2.1阀控非对称液压缸的数学模型

　　阀控非对称液压缸原理图，如图2所示。负载压力p_L和负载流量q_L是液压动力机构特性研究和系统优化设计的基础。目前，在阀控非对称缸建模的大量文献中^[1-4]，对阀控非对称液压缸的p_L和q_L的定义主要有三种形式：这里以y_g>0时进行分析。

　　(1)沿用对称液压缸情况下的定义p_L=p₁-p₂，q_L=(q₁-q₂)/2。

　　(2)定义p_L=p₁-np₂，q_L=(q₁+q₂)/2。

　　(3)定义p_L=p₁-p₂，q_L=(q₁+nq₂)/1+n²。