基于AMESim与Simulink的变柔性负载实验台变频式电液控制系统建模与仿真研究

　　摘要:

　　变柔性负载实验台变频式电液伺服系统用调速电动机直接驱动液压泵,靠改变泵的转速来改变其输出流量,实现对液压系统的控制,具有交流调速的灵活性和液压输出力大优点。采用交流变频调速回路具有调速范围宽、分辨率高、节能性能好、抗污能力强、易于实现计算机控制等一系列优点,克服了传统电液伺服系统中对油液污染特别敏感、系统体积大和复杂程度较高、能量浪费严重等问题。

　　1 基本原理

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　　变柔性负载实验台变频式电液力控制系统是由交流伺服电动机、微处理器、液压泵、非对称液压缸、负载组成。系统原理图所图1所示。

　　2 系统数学模型

　　为建立伺服系统线性化数学模型,对系统做如下假设: (1)工作油液的体积弹性模量为恒值; (2)低压腔压力为零; (3)忽略管道压力损失、流体质量效应和管道动态影响; (4)忽略泵的排量脉动。

　　流量连续性方程:

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　　其中:NP为泵转速;DP为泵排量;V为高压腔容积;Be为油液体积模数; pL为高压腔压力;A为液压缸有效工作面积;Cs=Cc+CP, Cc为液压缸泄漏系数;CP为泵泄漏系数; m为等效总质量; B为负载和活塞的黏性阻尼系数; y为活塞位移; F为负载力; k为负载弹性刚度。

　　对方程(2)、(3)、(5)进行拉普拉斯变换可得:

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　　由此可得系统方框图如图2示。

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　　3 力控制器设计

　　变柔性负载变频式电液伺服系统是一种复杂的非线性系统。由于自身复杂性和外界环境影响的不可预测性,很难得到精确的模型方程。只采用PID控制方法,很难达到期望的效果,所以考虑采用模糊自适应PID控制算法。模糊自适应PID根据实际偏差信号和偏差信号的变化率,依据专家经验调节控制参数,以适应系统的非线性变化。在这里通过控制交流伺服电机来调节定量双向液压泵的液压油压力和流量。

　　计算机控制增量式PID算法表达式:

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