基于Matlab/Simulink的液压伺服系统动态性能仿真研究

　　在实际工业生产过程中, 当系统建立之前, 如果能够建立一个虚拟仿真模型, 通过仿真系统结构和参数来模拟实际系统进行分析研究, 可以实现许多功,如优化系统、再现系统故障、验证系统的正确性等。本文以 Matlab 中动态仿真工具 Simulink 软件包为开发工具, 该软件包的主要优势在于强大的矩阵处理和绘图功能, 用它对摇摆台的液压伺服闭环控制系统进行动态仿真, 并对分析结果进行分析比较,可以优化系统。

　　1 摇摆台的结构原理

　　图 1 所示为摇摆台的控制系统图, 当要使台体运动某一角度时, 计算机首先确定角度给定值, 并由测量系统( 测角转换器、测角装置数字 I/O) 读取当前台体摆角实测值。计算机把实测值与给定值进行比较, 得出差值, 进行 PID 运算后送到 D/A 电路形成控制信号, 此信号加到伺服放大器并变换为电流信号, 该电流信号直接加到电液伺服阀( 图 2) 的控制端, 控制伺服阀的开关方向和开度, 从而控制伺服液压油的流向和流量, 实现伺服液压缸( 图 3) 升降, 推动台体摇摆相应角度。当摆角达到给定值时, 差值信号为零, 系统完成给定值的跟踪控制过程。

　　2 系统建模

　　系统建模需要确定传递函数, 建立系统组成框图。在大多数电液伺服系统中, 伺服阀的动态响应往往高于动力元件的动态响应, 为了简化系统的动态特性分析与设计, 伺服阀的传递函数一般可用二阶振荡环节表示[2], 再根据伺服阀样本查得的参数可得到式( 1) 。

　　液压伺服系统的负载在很多情况下是以惯性负载为主, 而没有弹性负载 (或弹性负载很小可以忽略), 黏性阻尼系数一般也很小。式( 2) 给出了以惯性负载为主的忽略粘性阻尼系数的阀控液压缸的传递函数, 这是阀控液压缸传递函数最常见的形式, 在液压伺服系统的分析和设计中经常要用到它[2]。

　　伺服阀放大器和测角传感器的动态特性可以忽略, 其传递函数可以用它们的增益表示, 分别为 0.05和 0.175。

　　台体摆角和液压缸位移的传递函数为 3。

　　把各环节的传递函数组合在一起, 最终形成控制系统框图, 如图 4 所示。

　　3 系统仿真和分析

　　3.1 用正弦信号和示波器仿真

　　把图 4 台体闭环控制系统框图输入到 Simulink软件中, 在输入端加入 Sine Wave 正弦信号, 再分别在系统框图的输入端和输出端加入 Scope 示波显示器, 显示输入、输出仿真图如图 5 所示。

　　最后运行系统进行仿真, 其结果和过程分别在Scope1 和 Scope 窗口显示, 如图 6 所示。

　　初步分析,系统没有大的原则错误。