基于MATLAB/SIMULINK的阀控液压缸动态特性仿真与优化

　　引言

　　液压系统的动态特性是衡量其性能好坏的一个重要指标,通过对液压系统进行计算机仿真,并在仿真的基础上对其进行优化,对提高系统的动态性能具有十分重要的 意义。液压控制阀和液压缸组成的阀控液压缸系统是液压系统中不可取少的组成部分,它的动态特性的好坏对整个液压控制系统的性能有决定性的影响。本文在建立 实际数学模型的基础上,利用MATLAB/SIMULINK软件对阀控液压缸系统进行仿真,很直观的分析系统动态特性和相关的影响因素,并对系统进行优 化,这对设计阀控液压缸系统具有实际指导意义。

　　1 模型的建立

　　图1是一个常见的开关型阀控缸系统,泵出的油经节流阀、换向阀进入工作缸,并通过换向阀控制液压缸进、排油,从而实现活塞运动及换向。液压缸进油腔、回油腔流量连续性方程及活塞运动方程为

　　式中 q₁、q₂—流进、流出液压缸的流量

　　A₁、A₂—液压缸进油、排油腔活塞面积

　　p₁、p₂—液压缸进、排油压力

　　v—活塞运动速度

　　m—运动部分质量

　　B—黏性组尼系数

　　F—负载力

　　C₁、C₂—进油、排油腔及其管路的液容,C1=V₁/K,C₂=V₂/K,其中V₁、V₂为工作缸进、排油腔容积,K为油液体积弹性模量。

　　将式(3)分别进行拉式变换,得

　　由式(4)和式(5)可得

　　式中 为进油管路系统传递函数

　　,为出油管路系统传递函数

　　如果忽略管道及换向阀等对系统动态性能的影响,进油管路的传递函数仅考虑节流阀,则有

　　式中 Cd—节流阀流量系数

　　而回油管路传递函数为

　　2 系统仿真与优化

　　由式(4)~式(6)可以给出以负载力F为输入,以运动部件速度v为输出的系统方框图,如图2所示。

　　从图2中可以看出,当负载力F发生变化时,会导致速度v的变化,而v的变化又引起液压驱动力(p₁A₁-p₂A₂)的变化,构成系统内部的反馈,此外,黏性阻尼系数B,进油管路、出油管路的元件和管路均对系统动态特性有影响。

　　由此,可对系统进行动态特性分析:

　　(1)稳定性。该系统是一个二阶系统,在一般情况下是稳定的。当但运动部件低速运动时,若出现了负摩擦特性,即B值为负值时,则系统可能出现不稳定(爬行)现象。由此可见,B值的选择对于整个系统稳定性的重要性。