多级液压缸变负载同步控制研究

　　引 言

　　液压缸同步控制是液压控制领域的难题，很多文献对此进行了研究，取得了较好的成果，但大多数的文献仅限于单级液压缸的研究，而多级液压缸比单级液压缸受力更复杂，尤其是其换级时的液压冲击对同步精度的影响很大，多级液压缸在变负载情况下的同步控制是液压缸同步控制亟待解决的问题。多级液压缸同步系统多用在车辆起竖系统中，本文用AMESim软件建立二级液压缸同步起竖系统模型，用 Simulink 设计控制算法，利用 AMESim 软件与 Simulink 联合仿真接口，对模糊控制、PID 控制在二级液压缸双缸同步起竖系统的应用进行了研究。

　　1 同步起竖系统建模

　　AMESim软件基于功率键合图法，为液压、机械系统建模、仿真及动力学分析提供了强大的可视化运行环境。本文利用 AMESim 软件中的液压元件设计(HCD)库构建了二级液压缸模型，利用平面机械(PML)库构建了起竖架模型。二级液压缸模型和起竖架模型连接，加上控制阀与油源模块就构成了二级液压缸同步起竖系统模型。

　　1.1 二级液压缸建模

　　AMESim软件中没有提供二级液压缸模型，需要使用者利用 HCD 库进行构建。本文采取将两个单级液压缸级联的方式构建了二级液压缸模型，如图1所示。

　　模型中，以一个缸体固定的单级缸(缸 1)和一个缸体可滑动的单级缸(缸 2)级联来组成一个二级液压缸模型。缸 1 的活塞杆与缸 2 的可移动缸体连接，以此来模拟二级液压缸的第一级，缸2的活塞杆与负载连接，以此来模拟二级液压缸的第二级。两弹簧模块(MCLC00AA)通过两同步模块(LCON13)分别与缸 2 的可移动缸体和活塞杆连接，以此保证弹簧模块与液压缸模块同步运行。模块 MAS004 用来模拟二级液压缸的活塞质量和运行过程中的摩擦力，弹簧模块用来模拟二级液压缸换级时的碰撞。

　　二级液压缸的依次伸缩由各级活塞的面积几何关系保证，设D1，D2分别为一二级活塞直径，d1, d2分别为一二级活塞杆直径，设 s1、s2分别为一二级活塞无杆腔有效面积，s1f、s2f分别为一二级活塞有杆腔有效面积，面积几何关系满足文献[3]给出的二级液压缸绝对依次伸缩条件：

　　液压缸将依次伸缩。

　　1.2 二级液压缸双缸同步起竖系统建模

　　利用AMESim平面机械库，构建起竖系统起竖架模型，与二级液压缸模型连接构成二级液压缸同步起竖模块。两个二级液压缸与同步控制模块连接组成二级液压缸双缸同步起竖系统模型，如图 2 所示。

　　起竖系统模型中，两个二级液压缸模型和两个起竖架模型构成了二级液压缸同步起竖模块;等量同步模块由两个等量节流阀和两个单向阀组成，用来保证最基础的同步功能。控制部分中，一个三位四通换向阀，用来控制主油路的供油，一个三位三通换向阀用来给一个二级液压缸补油，两个液压缸的角度误差信号输入联合仿真模块，经运算后产生控制信号，控制三位三通换向阀的开口大小和方向，从而控制流入(流出)其中一个液压缸的流量大小，以此来保证双缸同步。