基于MATLAB simulink的液压系统动态仿真

第四章液压系统仿真平台的建立系统仿真是一个资源、仿真、分析、可视化、通信与交互等功能的集成化运行环境[18]，它具有以下特点：（1） 以数据库为核心，对包括工程、模型、算法、数据和多媒体对象等各种仿真资源进行统一资源管理；（2） 能支持多种仿真模型计算和多种应用问题求解，包括对动态和静态的、连续和离散的、结构化和随机的模型的仿真计算，使得各种工程和社会的应用问题都能在其上实现建模、运行、分析和可视化的功能；（3） 支持远程数据采集与通信，可利用现场工程数据进行实时仿真计算，并将仿真分析结果和参数返送到现场工控系统以实现对其监控和最优控制；（4） 支持直接运行其它仿真系统或与之进行数据交换，使仿真系统的功能进一步得到扩展和增强。

为实现这些功能和特点，我们在研究和实现方法上将一体化仿真的概念和原理概括成五个基本框架模型，即：信息结构模型、程序结构模型、网络与通信模型、系统互动模型、运行环境模型，并依据以上概念和模型构建开发了通用一体化仿真平台软件的原型系统。

前面三章，首先是基础知识的介绍，接下来应用电液相似原理的初步知识将液压系统理论中的有关概念转换为电理论的概念，在本章中就要进行程序系统搭建和仿真试验。

可以在一定的输入条件下根据某些系统参数的不同来测试对系统产生的影响，同时也可以根据不同的输入来测试模块仿真图的准确性。

将仿真系统和实际系统交互，首先可以建立精确数学模型，计算机采集数据后进行分析处理，研究高级控制算法、调整控制器参数以及建立寿命管理、专家诊断系统，实现设备监督和诊断功能等。

4.1 系统程序结构设计本文所设计的仿真平台的程序结构模型如图4-1所示。

初始区的功能是：设置界面，设置参数和变量，定义数组，设置仿真时间和步长，安排输出，配置仿真资源和生成实验框架。

动态区的功能是：构建模型和模型优化、在运行中解释模型、调用算法、按实验框架执行或终止计算、保存运行参数和计算结果数据等。

该区域由内部过程和函数、外部函数、控件和外部可执行程序组成，仿真平台系统的大部分算法和用户自定义功能是通过调用动态链接库的方式来实现。

【110】第３１卷第６期２００９－０６基于ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的脱模液压系统动态特性仿真Dynamical characteristics simulation of pushing mould hydraulicsystem based on matlab/simulink庞 博，侯守全，王 慧，钟 亮ＰＡＮＧ　Ｂｏ，　ＨＯＵ　Ｓｈｏｕ－ｑｕａｎ，　ＷＡＮＧ　Ｈｕｉ，　ＺＨＯＮＧ　Ｌｉａｎｇ（内蒙古工业大学　机械学院，呼和浩特　０１００５１）摘 要：研究了利用ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ软件包对脱模液压系统进行动态仿真的方法。

介绍了Ｓｉｍｕｌｉｎｋ软件包的特点，并以脱模液压缸为对象建立了液压系统的动态模型，给出了仿真模型，详细介绍了如何利用Ｓｉｍｕｌｉｎｋ对液压系统的动态特性进行仿真。

同时，详细讨论了影响液压系统动态特性的主要因素。

这为脱模液压系统的设计和优化提供了重要的依据，对提高脱模液压系统的动态性能具有十分重要的意义。

关键词：仿真；液压系统；动态特性中图分类号：ＴＨ　１３７．５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９－０１３４（２００９）０６－０１１０－０４收稿日期：２００８－１２－０３作者简介：庞博（１９８２－），男，山西太原人，硕士研究生，主要从事机电一体化装备研究。

０ 引言目前，液压技术的应用场合日益广泛，对液压元件和系统的可靠性、精确性和快速性等要求不断提高，液压系统动态特性的分析研究也日益得到重视。

随着液压系统逐渐趋于复杂和对液压系统仿真要求的不断提高，传统的利用微分方程和差分方程建模进行动态特性仿真的方法已经不能满足需要。

而ＭＡＴＬＡＢ　作为一种面向科学与工程计算的高级语言，集科学计算、自动控制、信号处理、图像处理等功能于一体，它所提供的Ｓｉｍｕｌｉｎｋ是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包，支持连续、离散及两者混合的线性、非线性系统，从而成为对液压系统动态特性进行仿真的强有力的工具。

基于MATLAB的液压系统的设计与仿真西南交通大学本科毕业设计（论文）基于MATLAB的液压系统的设计与仿真摘要液压电梯是现代社会中一种重要的垂直运输工具，由于其具有机房设置灵活、对井道结构强度要求低、运行平稳、载重量大, 以及故障率低等优点, 在国内外中、低层建筑中的应用已相当普遍。

液压电梯是集机、电、液一体化的产品，是由多个相互独立又相互协调配合的单元构成，对液压电梯的开发研究涉及机械、液压及自动控制等多个领域。

本文在对液压电梯的实际工作情况做了详细分析后，假定了一个电梯具体的工作条件（包括电梯的最大负载和运行速度等），选定电梯轿厢的支承方式为双缸直顶式、支承液压缸为三级同步液压缸，并设计了满足条件的电梯液压系统。

然后根据电梯的工作条件和已设定参数，对各个液压元件进行了设计计算。

最后结合实际的情况和一些具体的产品，对液压元件的型号和尺寸的进行了确定。

在此基础上，本文对电梯液压系统进行了数学模型的建立，在建模过程中采用拓扑原理建立系统的数学模型，即先根据系统的总体结构建立液压系统的拓扑结构图，将系统分成若干个可以独立的子系统，然后再分别建立每个子系统的数学模型，最后再根据拓扑结构组合成整个大系统的数学模型。

在建立了系统数学模型后，对液压系统进行了仿真分析，得到了系统的速度、压力和位移曲线，这就更直观的反应了系统的运行过程。

根据仿真结果分析，液压缸在运行过程中速度振动较大，本论文将PID控制算法加入到系统中，采用积分分离PID控制方法对本液压系统进行了仿真分析，结果显示加入PID控制方法后系统稳定性得到了提高，具有良好的工作性能。

关键词：液压电梯;双缸直顶式;三级同步液压缸;动态仿真;PID控制目录第1章绪论 (1)1.1液压电梯的发展概况 ........................................................... 错误！未定义书签。

1.1.1 国外液压电梯的发展简况 ....................................... 错误！未定义书签。

如何使用MATLABSimulink进行动态系统建模与仿真如何使用MATLAB Simulink进行动态系统建模与仿真一、引言MATLAB Simulink是一款强大的动态系统建模和仿真工具，广泛应用于各个领域的工程设计和研究中。

本文将介绍如何使用MATLAB Simulink进行动态系统建模与仿真的方法和步骤。

二、系统建模1. 模型构建在MATLAB Simulink中，可以通过拖拽模块的方式来构建系统模型。

首先，将系统的元件和子系统模块从库中拖拽到模型窗口中，然后连接这些模块，形成一个完整的系统模型。

2. 参数设置对于系统模型的各个组件，可以设置对应的参数和初始条件。

通过双击模块可以打开参数设置对话框，可以设置参数的数值、初始条件以及其他相关属性。

3. 信号连接在模型中，各个模块之间可以通过信号连接来传递信息。

在拖拽模块连接的同时，可以进行信号的名称设置，以便于后续仿真结果的分析和显示。

三、系统仿真1. 仿真参数设置在进行系统仿真之前，需要设置仿真的起止时间、步长等参数。

通过点击仿真器界面上的参数设置按钮，可以进行相关参数的设置。

2. 仿真运行在设置好仿真参数后，可以点击仿真器界面上的运行按钮来开始仿真过程。

仿真器将根据设置的参数对系统模型进行仿真计算，并输出仿真结果。

3. 仿真结果分析仿真结束后，可以通过查看仿真器界面上的仿真结果来分析系统的动态特性。

Simulink提供了丰富的结果显示和分析工具，可以对仿真结果进行绘图、数据处理等操作，以便于对系统模型的性能进行评估。

四、参数优化与系统设计1. 参数优化方法MATLAB Simulink还提供了多种参数优化算法，可以通过这些算法对系统模型进行优化。

可以通过设置优化目标和参数范围，以及定义参数约束条件等，来进行参数优化计算。

2. 系统设计方法Simulink还支持用于控制系统、信号处理系统和通信系统等领域的特定设计工具。

通过这些工具，可以对系统模型进行控制器设计、滤波器设计等操作，以满足系统性能要求。

Simulink 在液压控制系统仿真中的应用1 简介液压控制系统的动态响应仿真计算一直是液压行业不断研究的一个门类，在液压控制系统中有着广泛的应用。

由于液压动力机构是动态元件，其动态特性很大程度上决定着整个液压伺服系统的性能，其中四通阀控液压缸是最常见的动力机构，也是泵控系统中伺服变量泵的前置级。

以前一般采用个人编程的方法来实现系统的动态响应，但是往往要花费大量的时间来处理程序本身的问题，并且容易出错、通用性差。

SIMULINK 的问世给液压系统的动态仿真计算提供了强大的工具，在SIMULINK 环境中只需利用鼠标就可以直观的画出系统模型，然后就可以直接进行仿真，并且在仿真过程中可以随时更改某些参数，以观察其对控制系统的影响，实现了对液压控制系统的智能设计。

2 四通阀控液压缸的基本方程（1）滑阀的流量方程假设：阀是零开口四边滑阀，四个节流窗口时匹配和对称的，供油压力s p 恒定，回油压力0p 为零。

阀的线性化流量方程为图1四通阀控液压缸原理图L q V c Lq K x K p =- （1）在动态分析时，需要考虑泄漏和油液压缩性的影响。

由于液压缸外泄漏和压缩性的影响，使得流入液压缸的流量1q 和流出液压缸的流量2q 不相等，即12q q ≠。

为了简化分析，定义负载流量为12L 2q q q +=（2） 式中 q K ——四通阀的流量增益；c K ——四通阀的流量—压力系数； V x ——阀芯的位移； L q ——负载压力。

（2）液压缸流量连续性方程流入液压缸进油腔的流量1q 为p 111pip 121()ep e dx V dp q A C p p C p dtdt β=+-++（3）从液压缸回油腔流出的流量2q 为p 222pip 122()ep e dx V dp q A C p p C p dtdtβ=+-++（4）式中 p A ——液压缸活塞有效面积； p x ——活塞位移；ip C ——液压缸内泄漏系数； ep C ——液压缸外泄漏系数；e β——有效体积弹性模量（包括油液、连接管道和缸体的机械柔度）； 1V ——液压缸进油腔的容积（包括阀、连接管道和进油腔）； 2V ——液压缸回油腔的容积（包括阀、连接管道和回油腔）。

基于ＳＩＭＵＬＩＮＫ的液压系统动态仿真　杨志坚，米柏林，赖庆辉（东北农业大学　工程学院，哈尔滨 １５００３０）　摘 要：通过采用ＭＡＴＬＡＢ语言的ＳＩＭＵＬＩＮＫ软件包对液压系统进行动态仿真的方法，以开关型阀控缸为例，建立了液压系统的动态模型，并给出了仿真模型。

通过对系统的参数初始化，进行仿真。

结果表明，ＳＩＭＵＬＩＮＫ方法是对液压系统的动态特性进行仿真的一条有效途径。

　关键词：计算机应用；ＳＩＭＵＬＩＮＫ；仿真；动态特性；液压系统　中图分类号：ＴＰ３９１．９；ＴＨ１３７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３─１８８Ｘ（２００５）０５─００９３─０２　随着液压系统趋于高压、大流量，液压系统的复杂性不断提高。

传统的利用微分和差分方程建模进行动态特性仿真的方法已经不能满足需要。

液压系统的动态仿真方法逐渐得到了广泛的应用，对于改进液压系统的设计、提高系统的可靠性都具有重要意义。

ＭＡＴＬＡＢ语言集科学计算、自动控制、信号处理等功能于一体，具有较高的编程效率。

同时，ＭＡＴＬＡＢ还提供了ＳＩＭＵＬＩＮＫ软件包，利用该软件包可以方便地对液压系统的动态特性进行仿真［１］。

　１ 液压系统动态建模　图１是一个常见的开关型阀控缸系统，泵出的油经换向阀进入液压缸，并通过换向阀控制液压缸进、排油，从而实现活塞运动及换向。

液压缸进油腔和回油腔流量连续性方程及活塞运动方程［２］为　t pC p A q c d d 11111++=λυ （１）　t p C p A q c d d 22222−−=λυ （２）　F B tmA p A p ++=−υυd d 2211 （３）　式中 1q 、2q —流进、流出液压缸的流量（ｍ３／ｓ）；　1A 、2A —液压缸进油、排油腔活塞面积（ｍ２）；　1p 、2p —液压缸进、排油压力（Ｐａ）；　υ—活塞运动速度（ｍ／ｓ）；　c λ—液压缸的泄漏系数（ｍ３・Ｐａ／ｓ）；　m —活塞及负载的总质量（ｋｇ）；　B —黏性阻尼系数（Ｎ・ｓ／ｍ）；　F —负载力（N ）；　1C 、2C —进油、排油腔及其管路的液容。

基于SIMULINK的液压伺服系统仿真摘要: 液压伺服系统作为控制系统的一种有效的控制方法,在工程中有着及其重要的地位。

对液压伺服系统进行仿真可以有效了解系统的稳定性,实现对系统的智能设计。

关键词: Simulink ; 液压伺服系统; 仿真0 引言液压伺服控制系统具有良好的控制性能,因此在工业控制系统中有着广泛的应用。

利用计算机对系统进行仿真,无论对其性能分析,还是系统辅助设计,都有重要的意义。

因此,液压伺服控制系统仿真一直是研究的重点。

本文利用MATLAB 软件中的动态仿真工具SIMULINK,构造了位控液压伺服控制系统仿真模型。

然后以位控液压位置伺服系统的实例进行仿真,并对其进行系统性能分析。

1 液压伺服系统的统一方块图无论是机液伺服系统还是电液伺服系统,无论是阀控式还是泵控式,无论执行元件是液压缸,还是液压马达,无论是位置系统还是速度系统,其数学模型都有着统一的形式。

各种不同的液压伺服系统,除了其信号输入、放大、校正、反馈、转换的方式不同以外,其“液压执行”部分的数学特性的形式是类同的。

掌握这个规律,不难获得液压伺服系统的数学模型。

其统一的方块图如图1 所示。

图1 液压伺服系统的统一方块图2 伺服系统仿真在获得电液伺服系统的统一方块图后,来建立一个由伺服阀- 液压缸- 位置负反馈- 比例调节器组成的位置伺服系统在干扰负载为零时的动态结构图(见图2) 。

图2 液压伺服系统的动态结构图W. 预先给定的活塞位置输入信号KR. 放大器的增益K1 伺服阀放大系数Ts , as . 伺服阀时间常数和阻尼比伺服阀的输出流量可近似用Q = KQy 表示, 此处y 表示伺服阀内功率放大元件即滑阀的位移, KQ是滑阀流量增益。

液压缸传递函数的参数是TM (时间常数) 、aM (阻尼比) 和KM (放大系数) 。

液压缸输出物理量为速度v , 经积分环节得活塞的运动位置x 的轨迹。

已知某电液伺服系统的测试数据如仿真模块图2 ,经适当计算, 将结果代人结构图, 然后建立SIMULINK仿真程序下的仿真模块图,如图3 所示。