液压伺服阀控缸动态特性数学建模及仿真分析

　　在冶金行业,为改善钢板板形及精度,液压伺服控制系统得到了广泛的应用,如在轧机上使用的液压AGC、APC、AWC、弯辊、活套、结晶振荡器,带材跑偏控制系统等,液压伺服系统的性能,直接影响轧件板厚、板形控制精度。如何提高轧机液压伺服控制系统的动态品质是国内外专家、学者们致力研究的课题之一。文献^[1]进行了液压弯辊板形控制系统的动特性分析;文献^[2]针对四辊轧机弯辊电液伺服控制系统,进行动态特性的实验研究;文献^[3]研究了HC轧机板形液压伺服系统智能控制的相关方法;文献^[4]针对对称伺服阀控制单出杆液压系统,采用自适应控制策略提高其动态特性;文献^[5]进行了卷取机助卷辊液压踏步压力控制系统动态特性分析;文献[6]对液压伺服控制带材“跑偏”系统提出了模糊控制方法。

　　文献^{[1]~ [6]}研究的重点在于控制策略、控制方法及已定负载的研究,本文从液压伺服控制系统动态特性数学模型建立机理着手,在充分分析负载前端的液压伺服阀控缸控制特性的基础上进行动态特性的推导及建模,针对不同的负载模块,将负载模块加入到阀控缸的动态特性数学模型中就能解决不同负载的情况,为液压伺服控制系统的设计和分析提供参考。因此,相比于同类研究成果,其通用性更广。

　　阀控缸是液压伺服控制系统中很重要的组成部分,其动态特性对整个系统的性能起决定性的作用。液压伺服控制系统中有一些非线性的液压元件,对系统动态特性影响较大,影响系统的瞬态响应特性、系统的稳定性,使正弦输入信号发生畸变,某些非线性还可能产生跳跃谐振现象或稳定的等幅振荡等,将大大降低伺服系统的动态性能,在建立阀控缸动态特性仿真模型中应充分考虑阀控缸的非线性特性^[7]。

　　1 阀控非对称油缸动态特性数学模型的建立

　　阀控缸具有对称缸与非对称缸两种形式,对称缸相对较简单,下面以非对称缸为研究对象,在充分考虑其非线性特性的基础上,进行动态特性的数学建模分析。

　　1. 1 系统物理模型

　　对于非对称的阀控缸控制系统,液压油与负载质量(如轧辊、弯辊、压下缸等)组成的系统可简化为一个质量-弹簧-阻尼的二阶振荡系统。物理模型如图1所示^[7]。

　　1. 2 伺服阀的负载压力-流量特性

　　图1所示的阀控(非对称)液压缸结构,由于活塞两腔的作用面积不同,故流量也不相同,而且流量方程与活塞速度的方向有关,下面以为例来分析负载流量的计算。

　　通过伺服阀口的流量公式^[8-10]: