运用AMESim/Simulink的液压机同步平衡控制系统的仿真研究

　　同步控制一直是液压行业的一个重要课题，它在巨型液压机的运动中显得尤为突出。模锻件各部位几何形状、温度等方面的差别导致其变形抗力的合力偏离液压机的中心，并且主工作缸的泄漏、摩擦、阻力、制造精度、油液中含气量及结构的弹性变形也能导致设备的不同步动作，从而产生偏心力矩，使活动横梁发生倾斜。部分力矩将传递给液压机框架，导致液压机各构件的受力情况恶化，立柱的附加弯曲力矩明显增加，有可能导致总应力超过允许值而发生事故。同时，巨型模锻液压机上模锻件的水平尺寸一般较大，活动横梁发生倾斜后，上、下模不能准确压合，必然使模锻件不能达到要求的变形量，满足不了精度要求。

　　

　　液压同步平衡，本质上是一种液压位置保持系统，主要有封闭型、节流型和补偿型三种工作方式，目前最先进的方案是采用具有溢流控制的补偿型同步平衡系统，具有控制精度高、补偿时间短和能量损耗小的特点。

　　

　　Y322315T试验测试性模拟样机为三梁四柱式结构。其同步平衡控制系统工作原理如图1所示。

　　图1 同步平衡系统工作原理图

该样机是在活动横梁和下横梁的四个角上各设置一个活塞式液压缸(同步平衡缸) ，缸体固定在液压机的下横梁上，活塞杆与液压机的活动横梁铰性连接。各对角线上一角的液压缸的上腔和另一角的液压缸的下腔用管道相连通，形成封闭系统。每组液压缸控制两对角液压缸活塞位移之差。其设计要求同步控制精度应达到01040mm /m，调节时间小于3 s。原理图1中的方向阀控制补、溢流油液的方向和通断;比例流量阀1、比例流量阀2分别控制补油流量和溢流流量。偏心载荷时，如活动横梁受到顺时针方向的偏心力矩，并发生倾斜，则对角液压缸活塞位移产生偏差，达到某一规定值时，通过控制器产生控制方向阀和比例流量阀的电压量，从而向管道B 中补充高压液体，并通过管道A 溢出部分液体， 使补偿平衡力矩增大，使活动横梁逆时针转动， 偏差减少。当偏差减小到一定值时， 控制器又产生信号， 控制方向阀和比例流量阀截断补、溢流通道。

　　

　　1 仿真环境

　　

　　基于Matlab平台的Simulink是动态系统仿真领域中著名的仿真集成环境，它借助Matlab 的计算功能，可方便地建立控制系统原型和控制对象模型，通过仿真不断地优化和改善设计。但是在Matlab /Simulink下对液压油源系统进行建模及仿真需要做很多简化工作，而模型的简化使得仿真结果往往出现较大的误差。

　　

　　系统工程高级建模和仿真平台AMESim 软件是由法国IMAGINE公司推出的综合系统仿真软件，为多学科领域复杂系统建模仿真提供了解决方案。AMESim能够从元件设计出发，可以考虑摩擦、油液和气体的本身特性和环境温度等非常难以建模的部分，并由此组成部件和系统进行功能性能仿真和优化，使设计出的产品完全满足实际应用环境的要求。另外AMESim提供丰富的软件接口，可以与ADAMS、Matlab等软件联合进行更复杂的混合领域仿真。各个子系统在各自领域的专用软件下搭建，进行联合仿真，然后用各软件自身的处理工具对属于各自领域的结果进行分析研究。