基于MATLAB的阀控缸伺服系统仿真分析.pdf

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1、EquipmentManufactringTechnologyNo.9，2009基于MATLAB的阀控缸伺服系统仿真分析任杉，李玮，韩青(西南林学院工程学院，云南昆明650224)摘要：根据液压伺服系统的基本理论，推导了阀控缸液压伺服系统的传递函数模型；用MATLAB软件对系统的动态特性进行仿真分析，并进行了参数修正；结果表明所建数学模型及仿真结果接近实际工况，并且经参数修正后的控制系统是稳定的。关键词：阀控缸；液压伺服系统；数学模型；MATLAB仿真中图分类号：TP391.9文献标识码：A文章编号：1672-545X（2009）09-0032-02自动抄平起道捣固车，是铁路新

2、建、维修和养护过程中用（2）液压缸的流量连续方程。到的一种关键设备。它依靠受程序控制系统控制的全液压执dxpVtdPLQ=A+CP+（2）Lp'dttpL4βdt行系统，在每一作业循环中，综合完成线路的捣固、起道抄平e和夯实作业。因此，液压执行系统必须相对准确，且有一定的式中，稳定性，否则将影响和制约作业质量和作业效率。利用MAT-Ap———液压缸活塞有效面积；LAB，在系统建立之前建立一个虚拟仿真模型，通过仿真系统x———液压缸活塞位移；p结构和参数来模拟实际系统，可以实现系统优化、参数修正、C———液压缸总泄漏系数；tp验证系统的正确性和稳定性等多种功能。本文以捣固车起道V

3、———液压缸有效容积；t抄平控制系统为例，利用MATLAB对其动态特性进行了仿真。β———液体体积弹性模量。e（3）液压缸和负载的力平衡方程。1阀控液压缸伺服系统的数学模型d2xdxAP=mp+Bp+Kx+F（3）pLdt2pdtpL液压伺服系统是液压动力装置作为执行机构并且有反馈式中，控制的系统，典型的液压伺服系统方块图如图1所示。m———活塞及负载的总质量；XVXPBp———活塞或负载的粘性阻尼系数；KaG1(s)G2(s)K———负载的弹性刚度；F———外负载。KfL将上面式（1）、式（2）、式（3）取拉普拉斯变换，并消去中间图1液压伺服系统方框图变量。假设无弹性负载和粘

4、性阻尼[1]，即B=0，K=0；则得出其中，pKa———伺服放大器的增益；液压缸输出总位移xp对输入位移xv的传递函数为：G1(s)———伺服阀的传递函数；G(s)=xp(s)=Kq/Ap=Kv（4）x(s)22G2(s)———执行装置液压缸的传递函数；vs(s+2ζhs+1)s(s+2ζhs+1)2ω2ωωhωhKf———位移传感器的增益。hh根据图1，可有以下方程[1]：式中，K为速度放大系数；v（1）滑阀的线性化流量方程。24βAKβm液压固有频率，ω=ep；ζ=cee。QL=Kqxv-KcpL（1）hmVhAV姨tp姨t式中，伺服阀的传递函数采用的形式，取决于动力元件的

5、液压QL———负载流量；固有频率的大小。当伺服阀的频宽远大于液压固有频率（5~Kq———伺服阀流量放大系数；10倍）时，伺服阀可近似看成比例环节[1]。伺服阀的频宽可达xv———阀芯位移；100Hz以上，而液压系统固有频宽往往只有10~20Hz，故伺Kc———伺服阀流量-压力系数；服阀可看成一个比例环节。因此，电液伺服系统可以近似看成p———负载压力。由积分环节和振荡环节组成的3阶系统，则系统的开环传递L收稿日期：2009-06-12作者简介:任杉(1985—)，男，甘肃张掖人，硕士研究生，研究工作领域为机电一体化与机电控制技术。32《装备制造技术》2009年第9期函数可简化为

6、际工况，通过调节节流阀开口的大小来设定阻尼比的大小[3]。K经试验，当设定液压阻尼比为0.6时，带入上面的过程进G(s)=i（5）2s2ζh行仿真，得到如图2所示闭环系统的阶跃响应曲线，可知系统s(+s+1)2ωωh稳定性增加，达到了稳定的要求。同样，绘制修正后系统的开h式中，环bode图，如图3所示。K———开环放大系数，K=KKK；iiasvK———伺服阀的流量增益。s2某液压伺服系统的数学模型已知某型号捣固车抄平起道控制系统的阀控缸液压伺服系统参数如下表1：图2阶跃响应曲线表1阀控缸液压伺服系统参数表符号数值（单位）符号数值（单位）K108.3cm3/s.vA2sp154

7、cmKKKKK3.4×10-2cm5/N.siasvceK22.56A.P.Vm15N.s2/cmq7×104N/cm2V4000cm3βetKa1Kf1根据表1参数及式(1)~(5)，得出系统的开环传递函数为15.87G(s)=（6）-62-5图3Bode图s（9×10s+2.4×10s+1）[2]在bode图的基础上，利用MATLAB来求系统的幅值裕度位移传感器的传递函数，可以用它的增益来表示，即和相位裕度。其调用格式为[4][Gm,pm,Wg,Wp]=margin(G)。Kf=1MAT