基于Matlab_Simulink的液压仿形刀架建模与仿真分析.pdf

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1、第３４卷第４期三峡大学学报（自然科学版）Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．４２０１２年８月ＪｏｆＣｈｉｎａＴｈｒｅｅＧｏｒｇｅｓＵｎｉｖ．（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ）Ａｕｇ．２０１２基于Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的液压仿形刀架建模与仿真分析吴正佳周玉琼叶惠军林攀（三峡大学机械与材料学院，湖北宜昌４４３００２）摘要：在仿形刀架数学模型的基础上，利用Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真软件建立了其控制系统的仿真模型，绘制了开环系统的Ｂｏｄｅ图及４种典型信号作用下的仿真曲线．为液压仿形刀架设计参数的选择和性能的研究提供了理论依据，对保证加工质量具有一定的指导意义．关键词：

2、液压仿形刀架；机液位置伺服系统；建模；仿真；Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ中图分类号：ＴＨ１２２文献标识码：Ａ文章编号：１６７２－９４８Ｘ（２０１２）０４－００６６－０３ＭｏｄｅｌｉｎｇａｎｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＨｙｄｒａｕｌｉｃＣｏｐｙＰｒｏｆｉｌｅＴｏｏｌＲｅｓｔＢａｓｅｄｏｎＭａｔｌａｂ／ＳｉｍｕｌｉｎｋＷｕＺｈｅｎｇｊｉａＺｈｏｕＹｕｑｉｏｎｇＹｅＨｕｉｊｕｎＬｉｎＰａｎ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ＆ＭａｔｅｒｉａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＴｈｒｅｅＧｏｒｇｅｓＵｎｉｖ．，Ｙｉｃｈａｎｇ４４３００２，Ｃｈｉｎ

3、ａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｐｒｏｆｉｌｉｎｇｔｏｏｌｒｅｓｔ，ａｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｗａｓｂｕｉｌｔｂｙＭａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ．ＡｎｄｔｈｅＢｏｄｅｐｌｏｔｏｆｏｐｅｎｌｏｏｐｓｙｓｔｅｍａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｃｕｒｖｅｓｕｎｄｅｒｆｏｕｒｔｙｐｉ－ｃａｌｓｉｇｎａｌｓｗｅｒｅｃｒｅａｔｅｄ，ｗｈｉｃｈａｒｅｈｅｌｐｆｕｌｆｏｒｔｈｅｃｈｏｉｃｅｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｒｏｆｉｌｅｍｏｄｅｌｉｎｇｔｏｏｌｒｅｓｔ＇ｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｐｒｏｖ

4、ｉｄｅａｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｔｕｄｙｉｎｇ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｈａｓａｇｕｉｄｉｎｇｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｆｏｒｅｎｓｕｒｉｎｇｉｔｓｍａｃｈｉｎｉｎｇｑｕａｌｉｔｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｒｏｆｉｌｅｍｏｄｅｌｉｎｇｔｏｏｌｒｅｓｔ；ｍｅｃｈａｎｏ－ｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｏｓｉｔｉｏｎｓｅｒｖｏｓｙｓｔｅｍ；ｍｏｄｅｌｉｎｇ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ液压仿形车床是目前应用比较广泛的一种液压馈机构３部分组成．控制滑阀的阀体与液压缸相连，仿形装置．在车床上利用液压仿形刀架

5、可以仿照样板与杠杆一起构成反馈机构．在工作过程中，由样板给（或模板）的形状自动加工多台肩的轴类零件或曲线出位置指令，经杠杆作用在滑阀的阀芯上．液压缸体轮廓的旋转表面，所以可以在减轻劳动强度的同时提随滑阀运动，使刀架在液压缸轴线方向产生仿形运高劳动生产率、保证加工质量．动．其基本原理如图１所示，由此可知，液压缸受力平［１］液压仿形刀架是一种典型的机液伺服系统．因衡方程为２此，对其动态性能的研究就显得非常重要，动态性能ｄｘｄｘｐＬＡ＝Ｍ２＋Ｂ＋ｋｘ＋ＦＬ（１）ｄｔｄｔ的好坏将直接影响系统的精度、响应等性能．式中，ｐＬ为负载压力，ｐＬ＝ｐ１－ｐ２；Ａ为液压缸有效作

6、用面积；Ｍ为折算后活塞质量；ｘ为液压缸位移；Ｂ１数学模型的建立为粘性阻尼系数；ｋ为刀架的弹簧刚度；ＦＬ为外负载．液压仿形刀架由控制滑阀（伺服阀）、液压缸及反［２］对式（１）进行拉普拉斯变换，得：收稿日期：２０１２－０５－２３通信作者：吴正佳（１９６４－），男，教授，博士，主要从事工业工程及先进制造技术研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｑｚｈｏｕ０９０１＠１６３．ｃｏｍ第３４卷第４期吴正佳，等基于Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的液压仿形刀架建模与仿真分析６７２ｐＬ（ｓ）Ａ＝（Ｍｓ＋Ｂｓ＋ｋ）Ｘ（ｓ）＋ＦＬ（ｓ）（２）ｐＬ＝．ｘ１在液压仿形刀架中，若不计反馈杠杆的动态特

7、性，则其拉普拉斯变换式：Ｘ１（ｓ）＝ＫｉＸｉ（ｘ）－ＫｆＸ（ｓ）（９）式中，Ｋｉ为输入增益；Ｋｆ为输出增益；ｘｉ为输入位移．２仿真模型的建立与分析图１液压仿形刀架简图２．１模型的建立由液流连续性方程，可以得到液压缸上腔的流量仿形刀架位置控制系统结构如图１所示，分析其平衡方程：原理后可知液压仿形刀架系统方块图如图２所示．（Ｖ１０＋Ａｘ）ｄｐ１ｄｘＱＬ－ｋｌ（ｐ１－ｐ２）－ｋｌｐ１－＝Ａ１２ｄｔｄｔβｅ（３）同理，液压缸下腔的流量平衡方程：（Ｖ２０－Ａｘ）ｄｐ２ｄｘｋｌ（ｐ１－ｐ２）－ｋｌｐ２－＋Ａ＝ＱＬ１２ｄｔｄｔβｅ（４）图２液压仿形刀架方块图式（３）、（４

8、）中，ＱＬ为负载流量；ｋｌ、ｋｌ分别为液压缸结合式（