对于中厚板矫直机液压控制系统的建模与仿真

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1、学兔兔www.xuetutu.com第1期(总第164期)机械工程与自动化No．12011年2月MECHANICALENGINEERING&AUT0MAT10NFeb．文章编号：1672—6413(2011)01—0010—02中厚板矫直机液压控制系统的建模与仿真肖德刚，张华君，周存龙，丁雷(太原科技大学重型机械教育部工程研究中心，山西太原030024)摘要：以中厚板矫直机液压控制系统为研究对象，介绍了矫直机液压控制系统的工作原理，建立了力反馈伺服控制系统的数学模型，并利用MATLAB软件对系统进行了仿真。关键词：矫直机；液压系统；数学模型；MA

2、TLAB仿真中图分类号：TG333．2文献标识码：A0引言当阀芯按图2所示方向运动时，伺服阀有微小位矫直机是冶金工业生产中对连铸坯进行矫直时必移，同时液压缸有位移。当达到平衡时有：不可少的设备，现在平行辊矫直机的调整机构几乎全户1A1--p2A2一FL。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(2)都采用液压伺服系统。液压矫直机具有压力大、结构其中：P、P分别为无杆腔和有杆腔的压力；A、A。紧凑、重量轻、效率高、易控制、好调整等一系列优分别为无杆腔和有杆腔的横载面积。点，它由4组液压缸组成，这4组液压缸既可以单独引入负载压力P，令A一F，由式(2)可得：动作，又可以

3、协同调整，可以实现多种板形的矫直。本户一一户一石A2户。。令一，则：文以其中一个液压缸的控制系统为例，对其进行了建户L一户l一；tp2。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(3)模和仿真分析。1矫直机液压控制系统的工作原理矫直机液压控制系统主要由伺服放大器、电液伺服阀、液压缸和力传感器等组成，其工作原理如图1所示。图1矫直机液压控制系统原理图———rPk指令信号和反馈信号，相比较处理后产生的．偏差信号为：图2阀控液压缸原理图：--U，一—K，F。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(1)2．1伺服阀的流量方程其中：K，为力传感器增益；F为活塞输出力。当液压缸向右运动时，进入滑阀的流

4、量为：2建立阀控液压缸的数学模型厂—————一矫直机阀控液压缸系统是一个四通对称阀控制非g一c√户s—pL)。⋯⋯。(4)对称缸的模型，其原理图如图2所示。其中，，为活其中：C为节流阀阀口的流量系数；as为油源压力；09塞及负载折算到活塞上的总质量；Br为活塞及负载的为节流阀口面积梯度；j。为油液密度。粘性摩擦系数；K为负载弹性刚度。将式(4)按照Tailor展开可得阀的流量特性：*国家自然科学基金资助项目(50575l55)收稿日期：2010—09—26作者简介：肖德刚(1985一)．男，湖北随州人，在读硕士研究生，研究方向：重型机械结构优化设

5、计。学兔兔www.xuetutu.com2011年第1期肖德刚，等：中厚板矫直机液压控制系统的建模与仿真其中：∞为负载的固有频率；为负载的阻尼比；其中：K为流量增益；Kc为流量压力系数。为惯性环节的转折频率；。为综合固有频率；为综合阻尼比。假定：阀与液压缸连接管道中的压力损失和管道动态可以忽略；液压缸每个工作腔内各处压力相等，油温和体积弹性模量为常数；液压缸内、外泄漏均为层流流动。根据流体连续性原理，可以写出液压缸的流dx~c⋯．(6)。其中：V为油腔容积；C，，为液压缸总泄漏系数；为图3阑控液压缸系统方块图3系统数值计算及仿真本系统中伺服阀可近

6、似看成一阶惯性环节，一阶负载压力作用于活塞面积，上所产生的液压近似传递函数为：力与负载阻力之和平衡。这些阻力包括运动部件的惯Wsv一G一。⋯⋯(12)性力、运动部件的粘性摩擦力、弹性负载力以及其他其中：K为伺服阀的增益；G为伺服阀的固有频率。伺服放大器的增益为：0．05--FL一Ⅲ+B警十K+F。⋯⋯⋯⋯(7)一一5X1A／V。其中：F为作用在活塞上的等效负载力。压力传感器的增益为：K，一1．0×10～V／N。根据图1可以由上面各式得出系统的闭环传递函QL—KXv—KcPL。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(8)数方框图(见图4)，并写出系统的开环传递函数如下

7、：QL—X+CP+PL。⋯⋯(9)K,,KrK,,KsvA1(~jr_+1)G()一————_：(71sv+1)(+1)(++1)@J(~10(2JOr239(+州)(o．O04+1)(吉+1)(+0．4+1)。x一：⋯⋯⋯其中：7T为伺服阀的时间常数。(+1)(≤+s+1)。“图4矫直机液压伺服控制系统方框图对系统进行MATIAB仿真，得到系统的闭环传0．41S；调整时间t一0．8S。说明此系统稳定，但系统递函数阶跃响应曲线(见图5)和开环传递函数Bode的瞬态响应速度慢。图(见图6)。(2)由图6可以看到系统的相位裕度大于6O。，幅4结论值裕

8、度大于4dB，说明系统稳定。(1)由图5可知：超调量一0；峰值时间t一(下转第14页)学兔兔www.xuetutu.com·14·机械工