基于AMESim的深度模拟器液压系统设计与仿真

摘要：以深度模拟器液压系统为研究对象, 建立了该系统基于AMESim下的仿真模型; 为满足系统响应迅速和高精度的要求, 采用了P ID控制策略对系统的动态响应进行了仿真。仿真结果表明通过对系统参数的合理选择能够使系统具有较高的精度。仿真模型的建立为深度模拟器的设计提供了重要的理论依据。

　　关键词：深度模拟器; 计算机仿真; AMESim

　　

　　液压深度模拟器是水下运动体控制系统仿真中的关键设备之一, 由仿真主控计算机控制运行, 产生要求的压力输出, 用以模拟水下运动体在不同水下深度航行时所承受的水压。深度模拟器是一个电液压力伺服系统, 系统通过控制伺服阀的开合实现密闭工作腔的进出油, 进而控制该腔的压力值。新型深度模拟器具有深度范围大、动态响应快、精度高等特点。通过液压系统仿真软件AMESim的仿真分析, 表明所建模型具有较高的精度。

　　

　　1深度模拟器的组成与工作原理

　　

　　深度模拟器是模拟物体在不同水深条件下运动时所承受水压的压力输出装置。其工作原理是利用给定的压力输入信号, 通过自动控制系统, 控制压力产生装置输出相应的压力。该模拟器由两部分组成, 一为控制系统, 是该装置的计算机控制部分;一为液压系统, 是该装置的液压油源和电液转换执行部分, 用于实现信号到压力的转换。其主要组成及原理图见图1[ 1 ] 。

　　图1 深度模拟器原理图

反馈传感器是影响系统精度的重要因素, 本系统在压力输出通道上采用大、小量程不同的2 个传感器。大量程传感器的压力范围是7MPa, 综合补偿0.1% , 绝对误差0.7m; 小量程传感器的压力范围是1.5MPa, 耐压可达7.5MPa, 综合误差0.05% , 绝对误差0.08m。通过软件拟合, 在高压力时采用大传感器反馈值, 在低压力时采用小传感器反馈, 可以使深度模拟器既具有650m水深压力的工作范围, 同时在小深度时保持较高精度, 从而解决了深度模拟器在深浅水域连续工作时在浅水段仿真误差相对较大的问题。

　　

　　2液压系统组成

　　

　　深度模拟器的液压系统主要由油箱、电动油泵、滤油器、板式溢流阀、控制阀、压力表和压力传感器等液压元器件组成, 其组成与工作原理如图2所示。

　　图2 液压系统组成与工作原理图

从图2可以看出, 控制阀是液压系统的核心部件, 也是控制系统的控制对象。控制系统采集压力传感器的反馈压力, 根据控制模型产生压力输出控制信号, 加载到控制阀上, 调节控制阀的阀芯开度和液流方向, 从而得到指定的液压压力。

　　

　　节流阀在系统中的作用是除了溢流流量外允许系统中存在一个小流量通过伺服阀, 这个小流量在系统输入信号较小时会使系统建立不了需要的压力, 使得比较器计算后的偏差较大, 从而伺服阀的驱动电流就会大于零位区( ±5%额定输入电流) 电流, 这样就使伺服阀的工作区越过零位区, 从而减小内漏、滞环等因素的影响, 增加了系统的稳定性。