粘性阻尼系数的动态测试法

　　在液压控制系统的设计、分析中,数学模型的建立(即使是极为准确的模型)只是提供了一可供分析计算的基础,要使分析计算的结果可靠,必须先确定 数学模型内的各系数,而这些系数常与液压系统的固有参数有关,确定这些参数的过程本身就是一极有意义并颇有难度的课题。众所周知,液压控制系统中的某些参 数是所谓的/软量0,如体积弹性模量E、粘性阻尼系数C等。它们的取值因系统而异,变化非常大,至今仍没有一种有效的理论方法加以计算,而它们的取值又对 系统的静、动态特性有着很大的影响。因此,对于这些/软量0参数来说,寻求一种简便而又准确可靠的测试方法就成为有效解决问题的关键。本文将阐述一种新的 测定C的原理和方法。

　　1 现存问题分析

　　如图1所示的油缸力平衡方程为:

　　建立任何以油缸为执行元件的液压控制系统的数学模型,式(1)是基本方程之一。而要使式(1)能够实际应用, A1、A2、m、Rf都是必须事先测定的系统固有参数。A1、A2分别是油缸进油腔和回油腔的有效面积; m为运动部件质量的总和; F为工作阻力,它们的测定是很容易的,主要的困难在于C和Rf的测定。C称为粘性阻尼系数,严格地说它是一个与p、v、T都有关的变量,但由于p、v对它 的影响较小,而实际系统的动态过程又大多可视为等温过程,故通常把C视为常数。Rf是与运动速度无关的摩擦力的总和,包括油缸内的密封阻力和油缸导向元件 (如导轨)产生的摩擦力,这个摩擦力是与工作阻力F有关的变量。Rf的理论表达式及测试方法,文献[2]有详细的论述,此处不再重复。粘性阻力Cv与摩擦 阻力Rf具有完全不同的性质,但它们都在油缸内产生,对外以合力的形式表现出来,很难加以区分。但不加以区分,又无法进行测定,实测C的主要困难就在于 此。直接分离出粘性阻力是很难实现的。一般采用间接测算法。

　　式中A1、A2已知,若能测得p1、p2、Rf、F、v各量,就可从式(2)算出C。

　　以往常规的做法是分为两步走:先放空液压油,开放油缸进出油口,用外力推动活塞。在此状态下测定推动活塞匀速运动所需的外力,并以此作为Rf。然后恢复油缸正常状态,用油泵驱动油缸,测出p1、p2、v、Rf、F各量后由式(2)计算C。

　　这种测试方法有两个缺陷:首先,由于Rf是与F有关的量,而在上述测试方法中显然未能计及F的影响,故这样测得的Rf是不可靠的。由于测试分为 两步走,测试周期长且无法实现实际工况下的在线测量。其次由于C是由p1、p2、v、Rf、F各量间接测定的,故C的测试精度完全取决于上述五个量的测试 精度,下面简单讨论各中间变量测试精度对C最终精度的影响。