基于SimHydraulics的电液伺服系统实物仿真

　　引 言

　　电液伺服系统的动态性能研究一般采用如下方法：根据系统的工作机理建立多个方程，对非线性方程进行线性化，经拉氏变换后推导出传递函数[1-3]，再对系统施加各种控制方案，在 Simulink 等软件中构建系统框图进行模型仿真，根据仿真结果对系统进行改进，直至动态特性满足要求。

　　然而，为提高设计效率和准确性，迫切需要对一些复杂不易建模的电液伺服系统进行所见即所得的实物仿真。在数字式自适应动态电液疲劳试验机研究项目中，针对一个采用阀控对称缸的电液伺服位置控制系统进行了 SimHydraulics实物仿真和模型辨识，通过机理建模和 Simulink 模型仿真验证了辨识结果，由此提出了综合运用 SimHydraulics 和Simulink 进行仿真设计、性能分析、模型验证的方法。

　　1 系统描述与 SimHydraulics 仿真

　　1.1 系统描述

　　系统原理图如图 1 所示,主要部件有零开口四边滑阀、对称液压缸。参数如下：x 为滑阀的阀芯位移，y 为活塞杆的实际位移， y 为活塞杆的速度，gy 为给定的活塞杆位移。系统的供油压力和回油压力分别为 10MPasp = 和op = 0MPa。PID 控制环节中的比例增益 K = 0.005，积分和微分暂未使用。油缸两腔的初始容积相等10 20V = V= m3 41.6×10 ，两腔的有效面积相等2A = 0.0004m，初始长度相等0L = 0.4m，活塞杆与负载的总质量 M=45kg。粘性阻尼系数B = 300N (m s) 。油缸的内泄漏系数为iC ，外泄漏系数为eC ，液压油的体积弹性模量为 β =1.38993 × 10 9Pa，密度为 ρ = 977.499kg m3。滑阀 的 流 量 系 数 3qK= 0.728(m s) / m， 流 量 压 力 系 数-12cK = 3.376 ×103(m s) / Pa ，滑阀的阀芯最大行程为 5mm,最大过流面积为-5 25 × 10 m。

　　1.2 建立 SimHydraulics 仿真框图

　　SimHydraulics 是 Matlab R2006a 中开始推出的针对液压系统的实物仿真工具箱，它采用所见即所得方式，也就是搭建仿真框图模拟组装实际系统，具体可参见软件帮助文档。构建好的 SimHydraulics 仿真框图如图 2 所示。

　　在图 2 中，元件的参数设定是一个重要环节，有实际参数的元件按实际参数输入，没有实际参数的元件，如果不是主要研究对象，就采用理想值使其对系统的动态影响较小，如果是主要研究对象，可采用一些不同的数值带入进行仿真比较。图中，泵采用压力为 10Mpa 的理想恒压源，相当于实际系统中功率足够大的定量泵与溢流阀的组合。比例阀电磁铁的时间常数取为 0.002s，远小于整个系统的时间常数，可以忽略它对整个系统动态的影响。比例阀的阀芯位移与过流面积以及液压缸的各个尺寸采用了实际数据。

　　1.3 SimHydraulics 仿真