阀控液压缸系统建模与仿真-机床与液压

基于Simulink的比例阀控液压缸的建模与仿真张兵;邓子龙【摘要】By improving the hydraulic system of the clamp experiment table to make it a closed-loop control system, and taking the system as the research object, the mathematical model and simulink simulation model are established. The dynamic performance in time and frequency domains is analyzed. Aiming at the improvement of the dynamic performance ofthe system, the damping ratioδh , the hydraulic cylinder frequency wh ,and the open loop gain Kc , of the close-loop control ing system, and their effect on the dy-namic performance of the system are analyzed by using MATLAB so as to provide reference for the design, calibration and optimiza-tion of the hydraulic system.%通过对夹具实验台液压系统进行改进，使其成为闭环控制系统并以此系统为研究对象，建立数学模型和Simulink仿真模型，分析了系统在时域和频域的动态性能。

从提高系统动态特性的角度出发，应用MATLAB分析了液压缸频率wh、阻尼比δh 和闭环控制系统开环增益Kc 对系统动态性能的影响，从而为液压系统的设计、校正、优化提供借鉴。

－－液压系统建模和仿真SimHydraulics是液压传动和控制系统的建模和仿真工具，扩展了Simulink®的功能。

使用这个工具可以建立起含有液压和机械元件的物理网络模型，可用于跨专业领域系统的建模。

SimHydraulics提供了构成液压系统的元器件模块库，库中也包括了用于构造其它元件的基本元素模块。

SimHydraulics适用于汽车，航空，国防和工业装备等领域中的各种应用，例如自动变速器，舵面操纵系统和重载驱动装置的建模分析。

SimHydraulics同SimMechanics，SimDriveline和SimPowerSystems一同使用，能够支持对复杂机液系统和电液系统的建模，以分析他们相互交联的影响。

主要功能•液压和液压机械系统的物理建模环境•超过75个液压和机械元器件模型，包括泵，阀，蓄能器和管路•基本液压构造元素库，还有基本机械和运算单元•可定制的常用液压流体工作介质SimHydraulics可在Simulink下建立液压系统回路的网络模型，模型表达基于ISO1219流体传动系统标准，并且建立的模型可以同机械和控制器模型相结合。

机械液压和液压系统网络建模使用SimHydraulics可以建立起完整的液压系统模型，过程如同组建一个真实的物理系统。

SimHydraulics使用物理网络方式构建模型：每个建模模块对应真实的液压元器件，诸如油泵，液压马达和控制阀；元件模块之间以代表动力传输管路的线条连接。

这样，就可以通过直接描述物理构成搭建模型，而不是从基本的数学方程做起。

SimHydraulics库提供了75个以上的流体和液压机械元件，包括油泵，油缸，蓄能器，液压管路和一维机构单元，大部分商品化元器件都可以找到对应模型。

SimHydraulics的模型符号符合ISO1219流体动力系统标准，SimHydraulics可以自动从模型原理图综合出描述系统行为特征的方程组。

SimHydraulics得到的是直接使用Simulink的求解器求解的方程组形式，而不是采用同步仿真方法，这样液压系统模型就完全同其它Simulink模型部分集成在一起。

基于AMESim 的液压缸位置控制系统的建模与仿真吴勇1，徐保强1，王颖1，战立鹏2（1.中国矿业大学(北京) 机电与信息工程学院，北京 100083；2.山东五征集团，山东 日照 262300）摘要： 在分析液压缸位置控制的工作原理基础上，计算出液压缸位置控制系统各个环节的传递函数，得出影响系统响应的两个重要的参数：伺服阀的阻尼比和反馈回路的增益。

利用AMESim 仿真软件搭建了液压缸位控系统的仿真模型。

通过分析伺服阀不同的阻尼比，不同的反馈回路增益，不同的入口容积大小等参数的变化对系统动态性能的影响，从而得出液压缸位置控制系统关键参数的最优值，从而为系统的的结构优化和改进提供了参考依据。

关键词：液压缸位置控制 AMESim 建模仿真Modeling And Simulation of Hydraulic Cylinder Position Control Basedon AMESimWU Yong 1, XU Bao −qiang 1 , WANG Ying 1 , ZHAN Li −peng 2(1. School of Mechanical Electronic ＆ Information Engineering ，China University of Mining and Technology ，Beijing ，Haidian ，100083, China; 2.WUZHENG, ShanDong RiZhao 262300, China)Abstrac t : The working principle of hydraulic cylinder position control has been introduced, the transfer function of each part of hydraulic cylinder position control system has been calculated, indicates that the two important parameters affecting the system response the model has been built by AMESim simulation software. The different damping ratio of servo-valve, the different feedback gain, the different valve nature frequency have been analyzed. The results provided theoretical reference for the optimization design of the structural parameters of the hydraulic cylinder position control system. The aim is to provide assistance and guidance to relevant research in developing new technologies and products. Key words: hydraulic cylinder position control ，AMESim ，dynamic characteristics ，simulation 前言: 液压缸位置控制系统是电液伺服控制系统的一种，输出位移能够以一定的精度连续、自动、快速地复现输入电信号变化规律的液压伺服系统。

《机床与液压》审稿单李洪人专家，您好：兹寄上稿件一份，请您审阅，审稿事宜详见下表。

稿件上如没有特别需要注明之处，可以将意见填写后，只将审稿单传回。

本刊负责为审稿人保密，感谢您对本刊的支持和指导。

审稿人（签名）年月日地址：广州市黄埔区茅岗路828号邮编：510070长行程阀控非对称缸的一种基于Matlab/Simulink建模仿真方法肖志权（武汉科技学院机电工程学院，湖北武汉 430073）摘要：基于重新定义的负载流量和负载压力，推导并建立了长行程阀控非对称缸正反方向的状态方程，避免了建立负载流量方程时通常存在的错误，进而建立了基于Matlab/Simulink的仿真模型。

运用Simulink模块库中条件执行子模块，并考虑模块转换时存在的连续性问题，实现了双向不同模型的联合仿真；引入等效容积函数的子系统，用以描述活塞工作位置对于阀控缸系统动态特性的影响。

而且，模型可以方便地分析包含多种非线性因素的长行程阀控非对称缸系统的动态特性。

关键词：长行程；阀控非对称缸；建模；Matlab/Simulink；仿真中图分类号：TP237 文献标识码：AA Method for Modeling and Simulating Long-stroke Valve-controlledAsymmetrical Cylinder Based on Matlab/SimulinkZhi-Quan Xiao（College of Mechanical and Electronic Engineering, Wuhan University of Science and Engineering, 430073,China）Abstract:Based on the redefined flow rate and flow pressure, the forward and backward state equations of long-stroke valve-controlled asymmetrical cylinder system are set up, in which the general mistakes in building up the flow rate equation are avoided. Then the simulation model in Matlab/Simulink is established. Adopting the conditional-executive subsystem blocks, joint simulation with different models at two directions is realized by taking into account the continuity problems in positioning reversal. The subsystem of introduced equivalent volume function helps to show the effects of piston working position to valve-controlled cylinder system. Furthermore, with this simulation model, dynamic performances analysis of long-stroke valve-controlled asymmetrical cylinder system including some nonlinear factors becomes convenient.Keywords: Long-stroke；Valve-controlled Asymmetrical Cylinder；Modeling；Matlab/Simulink；Simulation引言长行程阀控非对称缸常用于大型模拟器（如飞机、舰船模拟器等）运动平台的液压驱动系统，它的工作状态和动态性能不同于通常工作在高频、小行程状态的阀控对称缸或阀控非对称缸。

液压系统建模与仿真分析课程设计一、引言液压系统作为一种常见的动力传递方式，在机械领域得到了广泛的应用。

在设计和开发液压系统时，充分了解系统的特性和性能至关重要。

因此，液压系统建模与仿真分析是机械工程领域的重要学科之一，本文介绍了液压系统建模与仿真分析的课程设计。

二、液压系统建模2.1 液压系统的基本组成部分液压系统包括液压泵、液压缸、液压阀等多个组成部分。

在液压系统中，液压泵将机械能转化为液压能，经过一系列管路和元件转换后，再将液压能转化为机械能，从而完成机械运动。

2.2 液压系统的建模方式液压系统的建模方式分为符号法和数值法两种。

符号法建模主要依据流量平衡和能量平衡等原理，采用符号公式的方式对系统进行表示。

数值法建模采用数值计算的方式对系统进行模拟，通过求解系统的微分方程或者差分方程来得到系统的状态。

而在实际应用中，一些较为复杂的系统往往需要采用更为高级的数值计算方法进行建模。

三、液压系统仿真分析液压系统仿真分析是指利用计算机对液压系统进行虚拟实验，预测系统的性能和行为，对系统进行优化和改进的过程。

液压系统仿真分析能为液压系统的实际应用提供参考和指导，并在系统设计和开发阶段为工程师提供更加精确和可行的方案。

3.1 液压系统的仿真分析工具常见的液压系统仿真分析工具包括MATLAB、Simulink、AMESim等。

这些仿真工具都提供了一系列的仿真库和仿真模型，可以快速地对液压系统进行建模和仿真分析。

同时，这些仿真工具也具有界面友好、数据可视化等特点，方便工程师快速分析系统的性能和行为。

3.2 液压系统仿真分析的应用液压系统仿真分析是液压系统设计和开发中的重要工具之一。

通过液压系统仿真分析，可以对系统的运行情况进行预测和评估，并在可能的情况下对系统进行优化和改进。

同时，液压系统仿真分析也能为液压系统的维护和故障排除提供重要的参考和指导。

四、液压系统建模与仿真分析的案例分析为了更好地展示液压系统建模与仿真分析的应用，本文以液压式机械手臂为例进行案例分析。

液压系统的建模与控制技术研究介绍液压系统是一种利用液体传递能量和控制流量的技术，具有结构紧凑、效率高、动态响应快等优点，在工业、农业、建筑等领域广泛应用。

液压系统的工作原理是通过压力油液的压力或流量控制执行器的运动，将机械能转化为液压能，再转化为负荷的机械能，从而完成各种动作。

液压系统的建模与控制技术是液压系统设计和应用的关键技术之一，它能够有效提高液压系统的性能和控制精度，降低能耗和振动噪声。

一、液压系统的建模液压系统的建模是指从系统结构和物理特性出发，利用数学模型描述系统的运动参数和控制规律，进而进行仿真分析和优化设计。

液压系统的建模需要考虑到以下几个方面。

1.系统结构液压系统的结构一般包括：液压源、执行元件、控制元件、传动路线和油路等部分。

为了建立液压系统的数学模型，必须对系统的结构进行清晰的描述和分析，包括各个部分之间的关系和功能。

2.系统特性液压系统的特性是指系统的动态响应、稳态性能、能量转换效率、温度、压力等方面的特征。

为了全面描述系统的特性，需要建立液压元件（如阀门、泵、液压缸等）的局部模型和系统整体模型。

3.动力学方程液压系统的动力学方程是建立数学模型的关键环节，它描述了系统中各个部分间的相互作用，反映了系统的行为规律。

液压系统的动力学方程一般包括动量守恒方程、连续性方程、状态方程等。

动量守恒方程描述了液体在系统中的运动状态和方向；连续性方程描述了流体在系统中的流量、速度、密度等变化；状态方程用于计算流体的压力和温度。

4.系统仿真液压系统的仿真是利用计算机模拟真实系统的一种手段，可以通过对系统运动状态和参数的仿真计算，验证系统设计的合理性和优化目标的实现性。

仿真过程中需要对数学模型进行离散化和数值求解，得到系统的动态响应、转换效率、功率消耗等信息。

二、液压系统的控制技术液压系统的控制技术是指利用各种控制元件和控制策略，实现对液压系统运动状态和负载的精确控制。

液压系统的控制技术需要考虑以下几个方面。

・２８・计算机应用技术机械 2008年第 1期总第 35卷基于AMESim 的阀控液压缸液压伺服系统仿真邬国秀（襄樊学院机械工程系，湖北襄樊 441003）摘要：AMESim 是法国IMAGINE 公司开发的高级工程系统仿真建摸环境，为机械、液压、控制等工程系统提供了一个较为完善的仿真环境。

首先介绍了AMESim 软件的功能和特点，并以阀控液压缸液压伺服系统为例，探讨了基于AMESim 的液压伺服系统的模型建立、参数设置和仿真方法，得出了仿真结果，并对改变系统元件参数下的仿真结果进行了比较与分析。

关键词：AMESim ；建模；参数设置；仿真；液压伺服系统中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1006－0316(200800－0028－03Simulation of valve-controlled cylinder hydraulic servo system based on AMESimWU Guo-xiu(Department of Mechanical Engineering，Xiangfan University，Xiangfan 441003，chinaAbstract ：AMESim is an advanced modelling environment for performing simulations of engineering systems produced by IMAGINE inc. of France, and it provides a whole modelling environment for mechanism, hydraulic and control system. The functions and characteristics of AMESim software are introduced in this paper. Taking valve-controlled cylinder hydraulic servo system as an example, this paperdiscusses the modeling, parameter setting and simulation method of hydraulic servo system based on AMESim, and gives the results of simulation. The comparision and analylsis of the results of simulation by changing the components parameters have been performed.Key words：AMESim ；modeling ；parameter setting；simulation ；hydraulic servo system随着仿真理论及计算机技术的不断发展，工程系统的设计开发中，仿真技术可使企业在最短时间内以最低成本将新产品投放市场；科学研究中，可利用仿真技术缩短研究周期，降低科研成本与风险，提高研究水平，加速科研成果转化为生产力的进程。

液压传动系统建模与仿真实验指导书一、液压传动系统建模与仿真实验1．实验目的学习搭建液压基本回路的方法。

常用基本回路是用液压元件组成并能完成特定功能的典型回路，对于任何一种液压系统，不论其复杂程度如何，实际上都是由一些液压基本回路组成的。

熟悉这些基本回路，对于了解整个液压系统会有较大的帮助。

2．实验内容2.1学习并掌握FluidSIM-H软件的基本使用方法；2.2搭建液控单向阀的双向锁紧回路；多缸工作控制回路2.3组合机床动力滑台液压系统仿真。

3．实验报告内容实验报告内容包括：实验目的、实验内容、实验设备(填“计算机、FluidSIM-H 软件”)、绘制实验基本回路和系统的结构原理图，并简述工作原理四项内容。

附录：1、FuidSIM软件介绍FluidSIM软件由德国Festo公司Didactic 教学部门和Paderborn大学联合开发，是专门用于液压与气压传动的教学软件，FuidSIM软件分两个软件，其中FluidSIM-H用于液压传动教学，而FluidSIM-P用于气压传动教学。

FluidSIM软件的主要特征是1）CAD功能和仿真功能紧密联系在一起。

FluidSIM软件符合DIN电气—液压（气压）回路图绘制标准，CAD功能是专门针对流体而特殊设计的，例如在绘图过程中，FluidSIM软件将检查各元件之间连接是否可行。

最重要的是可对基于元件物理模型的回路图进行实际仿真，并有元件的状态图显示，这样就使回路图绘制和相应液压（气压）系统仿真相一致，从而能够在设计完回路后，验证设计的正确性，并演示回路动作过程。

2）系统学习的概念。

FluidSIM软件可用来自学、教学和多媒体教学液压（气压）技术知识。

液压（气压）元件可以通过文本说明、图形以及介绍其工作原理的动画来描述；各种练习和教学影片讲授了重要回路和液压（气压）元件的使用方法。

3）可设计和液压气动回路相配套的电气控制回路。

弥补了以前液压与气动教学中，学生只见液压（气压）回路不见电气回路，从而不明白各种开关和阀动作过程的弊病。

煤矿机械Coal Mine MachineryVol.32No.10Oct.2011第32卷第10期2011年10月引言随着水下机器人技术的不断发展，水下机器人的作业范围和作业水深不断增加。

在恶劣的海洋环境下，要完成复杂的水下作业任务，水下机器人上搭载的机械手的作用显得尤为重要。

没有机械手，水下机器人充其量只是一个观察探测台架。

目前，水下机械手多为液压驱动关节式，主要包括线性关节和转动关节，线性关节主要依靠直线液压缸的伸缩实现有限范围内的摆动，转动关节则依靠液压马达实现有限范围的转动或连续回转，每个关节都可以通过液压伺服系统精确控制，实现机械手自身的作业动作。

阀控非对称缸是水下液压机械手的重要驱动环节，由于其结构的不对称及非线性等特点，可能产生跳跃谐振或等幅振荡，直接影响整个机械手液压伺服系统的动态特性。

本文主要研究水下液压机械手线性关节的阀控非对称缸位置伺服系统，在具体分析阀控非对称缸控制特性的基础上进行动态特性的推导、建模及仿真，为各线性关节伺服控制系统的设计和分析提供参考。

1阀控非对称液压缸位置伺服系统建模以非对称液压缸为研究对象，进行动态特性分析和数学建模，系统物理模型如图1所示。

图1伺服阀控非对称液压缸模型（1）伺服阀的负载压力-流量特性图1中，各物理量以箭头方向为正，以液压缸正向移动Y ＞0为例，伺服阀的流量方程为Q 1=C d WX v 2（p s －p 1）/r 姨＝A 1d y（1）Q 2=C d WX v 2p 2/r 姨＝A 2d yd t（2）式中Q 1———液压缸无杆腔流量，m 3/s ；Q 2———液压缸有杆腔流量，m 3/s ；C d ———阀的流量系数，取c d =0.7；W ———窗口面积梯度，m ；X v ———伺服阀位移，m ；p 1———伺服阀无杆腔压力，MPa ；p 2———伺服阀有杆腔压力，MPa ；p s ———油源压力，MPa ；r ———液压油密度，kg/m 3。

基于AMESim的阀控液压缸液压伺服系统仿真
邬国秀
【期刊名称】《机械》
【年(卷),期】2008(035)001
【摘要】AMESim是法国IMAGINE公司开发的高级工程系统仿真建摸环境,为机械、液压、控制等工程系统提供了一个较为完善的仿真环境.首先介绍了AMESim 软件的功能和特点,并以阀控液压缸液压伺服系统为例,探讨了基于AMESim的液压伺服系统的模型建立、参数设置和仿真方法,得出了仿真结果,并对改变系统元件参数下的仿真结果进行了比较与分析.
【总页数】3页(P28-30)
【作者】邬国秀
【作者单位】襄樊学院,机械工程系,湖北,襄樊,441003
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.9
【相关文献】
1.基于AMESim的阀控液压缸电液伺服系统仿真 [J], 白鸽
2.基于AMESim的液压伺服系统仿真研究 [J], 龙泽明;王君龙;张宝军;张红岩
3.基于AMESim的比例阀控液压缸系统的仿真与分析 [J], 陈曦;解宁;郭津津
4.基于AMESim的液压缸冲击试验台液压系统仿真分析 [J], 邹波; 王世红
5.基于AMESim的液压缸制动过程中重力势能回收系统仿真分析 [J], 陈轶辉;李洪星;赵树忠;张雨新
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摘要在本次设计中用的是三维CAD软件UG，UG是当今应用最广泛、最具竞争力的CAE/CAD/CAM大型集成软件之一，是当今世界最先进的计算机辅助设计、分析和制造软件。

液压挺柱又称油缸，是目前在车辆上应用最广泛的车厢举升机构，保证车厢的平稳升降。

本文采用三维造型和运动仿真相结合的方法对型号为CT10Z80/56液压油缸进行实体建模。

因此本研究所采用的高效仿真技术对提高产品设计水平具有重要意义。

三维模型虚拟设计是机械设计的必然趋势。

本文应用三维设计软件UG ，从而为油缸产品的设计、研究、优化提供基于计算机虚拟现实的研究平台。

关键词：车厢举升液压挺柱 UG 三维建模运动仿真ABSTRACT3D CAD software UG is used in this design , which is one of the most widely used and most competitive CAE/CAD/CAM large-scale integrated is the most advanced software in computer aided design, analysising and manufacturing .Hydraulic pretty column named Oil cylinder is the most widely used as the vehicle lifting mechanism.,ensuring the carriage smothly paper adopts the mothods of combining the 3D design and motion simulation in order to model to CT10Z80/56 Oil cylinder. Therefore the efficient simulation technology in this research have the important meaning to improve the design level of the productionsIt is an inevitable trend to use 3D model virtual design in the mechanical design . This paper applies 3D design software-UG to virtual simulation of hydraulic pretty column. Thus it provides research platform for oil cylinder product design, research, optimization based on computer virtual reality.Key words:carriage lifting, Hydraulic pretty column, UG, 3D modeling, motion simulation目录第一章绪论 (1)课题背景 (1)液压传动基础理论 (1)液压传动工作原理极其组成 (1)液压传动技术的优缺点 (3)液压传动技术的应用和发展 (4)第二章UG 概述 (5)UG的特点 (5)UG NX (6)第三章液压油缸 (8)液压缸的作用 (8)液压缸的分类 (8)双作用单活塞杆式液压缸的工作原理 (9)液压缸的应用和国内生产情况 (9)第四章零件的建模过程 (10)液压油缸的建模过程 (10)建立新文件 (10)缸体的建模过程 (11)活塞的创建过程 (14)活塞杆的创建 (15)缸盖的建模 (18)第五章零件装配与运动仿真 (21)零件装配 (21)建立新文件 (22)装配液压挺柱 (22)液压挺柱的运动仿真 (28)简易车厢举升模型运动学分析 (32)第六章结论 (34)致谢 (35)参考文献 (36)第一章绪论1.1课题背景随着我国国民经济的快速发展，能源、交通、城市建设的发展步伐进一步加快，建设规模空前巨大，液压传动技术作为实现现代传动与控制的关键技术之一，具有其自身的技术优势。