弹性发射装置电液伺服系统建模与仿真

　　0 引言

　　弹性发射装置原理如图1所示。

　　弹性发射装置的原理是利用弹性体1作为储能元件,发射前打开闸阀2,用高压水泵3对发射水舱7充水加压使弹性体凸起储能。发射时启动控制阀使之 通过伺服缸4驱动套在发射管上的滑阀5迅速打开,高压水流通过进水孔a注入发射管6中,推动载体b出管。弹性体储存能量的可控释放通过发射水舱和发射管之 间滑阀的伺服控制来实现。在弹性体的初始膨胀状态确定的情况下,滑阀的开启过程直接决定了载体的运动规律。电液伺服系统作为控制阀的/神经0,对其进行研 究具有十分重要的意义。

　　1 电液伺服系统的数学模型

　　1.1 控制方案

　　控制方案如图2所示。

　　控制阀主要由机械-液压部分(电液伺服阀、伺服缸、滑阀和油源)及电气控制部分组成。信号源给出与特定型号的载体内弹道相对应的电信号,经加法 器、功率放大器将信号输入到电液伺服阀,因电液伺服阀采用二级力反馈流量伺服阀,则信号输入到力矩马达的控制线圈,带动喷嘴挡板阀,使其产生与输入电流成 正比例的运动,并驱动二级滑阀运动,二级滑阀将油源的高压油按电控信号变化规律供给伺服缸,使活塞带动滑阀按一定规律打开。位移传感器检测出的信号作为反 馈信号,控制滑阀的位移。

　　1.2 控制系统数学模型

　　根据对系统各个元件的建模及模型简化,可以得到控制系统传递函数方框图,如图3所示(限于篇幅,推导过程从略;详细推导过程参见文献[1])。图中, Kas为推挽放大器的增益,推挽放大器采用集成电子元件组成,响应速度很快,故其最终简化为比例环节。

　　是二级力反馈流量伺服阀的传递函数,它是一个二阶振荡环节。

　　是伺服缸输出位移对阀输入位移的传递函数,它包含有一个积分环节和一个二阶振荡环节,它对系统的动态性能和稳定性起主要作用。

　　是伺服缸输出位移对外负载力的传递函数,它包含有一个积分环节、一个一阶微分环节和一个二阶振荡环节,外负载力对系统的动态性能和稳定性不起作用,但影响系统的输出精度,因此希望它的增益Kce/Ap尽量小。Kf是位移传感器的增益,它也是一个比例环节。

　　2 系统仿真

　　2.1 系统时域分析

　　对系统进行时域分析的仿真程序如Programme1所示。

　　上升时间tr=0.0754s

　　调整时间ts=0.1357s

　　从这些数据可以看出,系统动态响应速度快,满足控制阀快速开启以使弹性体储存的能量迅速释放的要求。

　　计算机仿真得到的系统单位阶跃响应及单位冲激响应如图4所示。从单位冲激响应可以看出,控制系统是稳定的。