基于EASYS的船舶舵机电液伺服系统建模与仿真

!开发与创新!0引言电液伺服加载系统是航天工业中飞行器在设计阶段进行地面半实物仿真试验的重要设备之一,用于模拟飞行器升空及飞行过程中所承受的各种载荷的加载过程,以检验飞行器外壳的强度和其它力学性能,为其优化设计提供可靠的依据O1电液伺服加载系统性能要求及控制原理电液伺服加载系统为模拟飞行器实际飞行过程,复现各种可能出现的情况,实验系统应能够实现多点同时加载,并具有一定的可扩展性O 这对加载系统的动态~静态性能都提出了较高的要求,包括:!系统能对外加载荷迅速且小超调节器响应 "加载力精确,要求系统的控制误差小于3% #系统的供油压力范围为lOMPa~l2MPa ,最大加载不超过2SKN $系统抗干扰能力强O电液伺服加载系统属于静载力伺服控制系统,以单通道为例,其结构原理如图l 所示O控制信号u ,经过比例放大器和比例伺服阀驱动液压缸对负载施加力F O 压力传感器检测到力F 并产生反馈电信号e ,经A /D 转换后,送入前端控制器,经过控制算法处理得到新的控制量,经D /A 转换送出控制信号u ,这样循环运行直至检测到的负荷力和系统给定值相等为止[l]0在算法中判断0O2建立系统的数学模型参考阀控缸的动态方程建立系统模型,系统的比例放大器储存在伺服比例阀中,设其整体特性方程为[2]:p=w(s)u-k b O l 0l 0式中:P -比例伺服阀的输出压差 w 0s 0-比例伺服阀的传递函数 u -控制电压信号 kb -比例伺服阀负载流量的干扰系数 O l -负载流量O 负载流量连续方程为:O l =A p ~x p ~s+C t ~P+vt %ep ~s 020式中:A p -液压缸活塞的有效面积 x p -液压缸活塞的位移 C t -液压缸总泄漏系数 v t -加载腔及加载油路的等效容积 %e -系统的有效体积弹性模数O 液压缸活塞的力平衡方程:F=A p ~p=0M t ~s 2+B t ~s+kab 0~x p 030式中:M t -负载及油缸活塞面积质量和 B t -负载阻尼系数 k s -负载弹簧刚度O 根据式0l 0~020~030可以画出系统的开环方框图,如图2所示[3]O 根据图2可写出系统的开环传递函数:F u=A p~w (S)k b ~A p2~s M t ~s 2+B t ~s+k s+k b ~v t ~s %e +k b ~C t +l 040考虑到液压缸的泄漏很小,可以认为k b ~C t <<l 同时,负载及油缸活塞的等效阻尼与加载力相比很小,可以忽略O 这样,式040简化为:电液伺服加载系统的数学建模徐汇音0苏州机电高等职业技术学校,江苏苏州2lSO3l 0摘要"电液加载伺服系统主要应用于飞行器外壳的强度实验s 根据其特点和控制要求s 建立了该系统的数学模型s 为系统的优化设计提供了理论依据0关键词"电液伺服系统Z 加载控制Z 数学模型中图分类号"TP27文献标识码"A文章编号"l002-667302006006-022-02收稿日期"2006-09-25作者简介"徐汇音(!"#!$)s 女s 高级讲师s 工程硕士研究生O 研究方向1机械工程O机电户垦再左乌创药Devedopment &Innovation of Machinery &Edectricad ProductsVol.19,no.6nov.,2006第19卷第6期2006年11月图L电液伺服系统的液压控制原理fig.L Principle of electro-hydraulic servo control system(下转第36页)!产品与市场!The Mechanism Design of RYJ-II Hot Embossing Machine for Polymer Micro-fabricationSU Lei 1,2,WANG Xiao-dong 2 LIU Chong 1(1.Microsystem Research Center,Dalian University of Technology,Dalian Liaoning 116024,China;2.key Laboratory for Micro /Nano Technology and System of Liaoning Province,Dalian University of Technology,Dalian Liaoning 116024,China Abstract:-ot-embossing machine RY]-II Was developed for manufacturing polymer micro-fabrication by Micro-system Research Center,Dalian University of Technology,Which has larger range of controlled temperature and pressing forces and is applicable to most polymer materials in fabrication of microstructures.Close frame With four columns is adopted and tWo motors driving screWjack is used to realize rapid positioning and generate pressure individually.Some measures Were taken to ensure the tWo surfaces of the heating plates to be parallel and an airproof chamber Which can be used for heat preservation and vacuum realization Was provided.The mechanism of the developed machine is studied and the design characteristic is introduced.Key words:Polymer Micro-fabrication 3Eguipment for Polymer Micro-fabrication 3Machine Design设计进行了研制O 该设备主体采用能够提高抗偏载能力的闭式四立柱结构 通过双电机独立驱动螺旋升降机实现定位运动和加压 避免了采用一个独立大功率力矩电机 降低了成本 位置和压力分别通过光栅尺和压力传感器进行反馈O 采用了四件联制的镗孔工艺加工的各联接接板\减小装配应力的十字凸起垫片\实现滑动的直线球轴承和精密调平装置等措施 以保证上\下热压头热压表面间的平行O 同时光栅尺的安装一端采用了带直线导轨的设计 降低了光栅尺应力变形对位置精度的影响O 整机设计还预留了可供扩展的密封腔体 便于进行隔热和实现真空等O 设备已经应用于PC \PVC 等聚合物微器件的制作O参考文献"[1]Lee GB,Chen S H,Huang G R,et ai.Microfabricated Piastic Chipsby Hot Embossing Methods and Their Appiication for DNA Separation and Dectection.Sensors and Actuators B,2001.[2]Ong N S,Koh Y H,Fi U .Microiens Array Produced UsingHot Embossing Process.Microeiectronic Engineering,2002.[3]Becker H,Heim U.Hotembossing as a Method for the Fabrication ofPoiymer High Aspect Ratio Structures.Sensors and Actuators A,2000.[4]王晓东,刘冲,马骊群,王立鼎.塑料微流控芯片微通道热压成形机的研制[J].制造技术与机床,2004,11.[5]王晓东,刘冲,王立鼎.面向聚合物微结构制作的热压成形设备的研制[J].中国机械工程,2005,16.G(s)=F u =A p W S M t s 2+k s )V t M t !es 3+M t s 2+k b V t k s !e +k b A p !"2S+k s 5当系统工作于高压环境下时 液压油的容积弹性模量很大 油的压缩性可以忽略3同时施力系统中 负载的位移很小 则V t 很小O 因此 开环系统可以进一步降级简化 其传递函数重写为[4]G (S =A pW S M t s 2+k s )M t s 2+k bA p 2+k s 6式中比例伺服阀的传递函数W S 可以近似为惯性环节 即 W S = k u k a "b / s+"b ) 式中 k a 比例放大器的放大系数3k u 比例伺服阀的增益3"b 比例伺服阀的固有频率O 则整个系统的开环传递函数为G S)=A p k u k a "b M t s 2+k s )M t "b s 3+ M t "b k b A p 2 s 2+ k b A p +k s s+k s "b上式即为电液伺服系统的数学模型O!结论1 加载系统的数学模型充分考虑了对加载系统的性能要求O2 数学模型经简化后是一个三阶函数系统O3 理论推导的数学模型 还不能完全用于实际控制过程O 但对其优化设计提供了理论依据O 实际控制过程还要考虑很多非线性因素和不确定性因素O 参考文献"[1]席裕庚.预测控制[M].国防工业出版社 1993.[2]王占林.近代液压控制[M].机械工业出版社 199 .[3]高纪念 等.电液控制技术及其应用[M].石油工业出版社,1993.[4]李福义.液压技术与液压伺服系统[M].哈尔滨船舶工程学院出版社,1992.图2系统开环方框fig.2Split-ring sguare of systemThe Mathematics Modeling Based on Electro-hydraulic Loading Servo SystemXU Hui-yinSuzhou-igher Vocational School of Mechatronic Technology Suzhou ]iangsu 215031 ChinaAbstract:Electro-hydraulic servo loading system is mostly applied to the strength test of aircraft skin in the aviation industry.The mathematical model is built based on the characters of electro-hydraulic servo loading system and control is carried out Which isoffered the theoretical foundation for system optimization design.Key words:Electro-hydraulic servo system 3loading control 3mathematical model!上接第22页"。

基于MSC.EASY5的车辆静液传动系统建模与仿真程钢王红岩刘维平王良曦北京机械工程学院基于MSC.EASY5的车辆静液传动系统建模与仿真Modeling and simulating of vehicle hydrostatic transmission system based on EASY5程钢王红岩刘维平王良曦北京机械工程学院摘要: 本文基于静液传动的基本理论，分析了泵－马达双变量调速系统的特性；利用MSC.EASY5中Thermal Hydraulic的模块化模型，建立了典型静液传动系统仿真模型，并对其动力学特性进行了仿真研究。

结果表明，该模型可以进行静液传动系统部件的设计及其动态性能的预测。

通过对车辆静液传动系统的建模和仿真说明了EASY5的模块化建模方法的高效性和灵活性。

关键词:EASY5 车辆静液传动建模仿真Abstract：Based on the foundation theory of hydrostatic transmission system, the characteristic of pump-motor timing system was analyzed; The hydrostatic transmission system was modeled by modular model in Thermal Hydraulic Library based MSC.EASY5 and the dynamic characteristic was also simulated. The result show that this model can designed the parts and forecasted the dynamic performance of the hydrostatic transmission system. Finally, the modeling and performance simulation results of a hydrostatic transmission system illustrate the effectiveness and flexibility of the EASY5 modular model.Key words:EASY5, vehicle, hydrostatic transmission system, modeling and simulating1 前言静液传动技术可以在较宽的转速范围内实现车辆可控的无级变速和无级转向，有利于充分利用发动机的性能，能够以较小的体积和重量传递较大的功率，因此在现代车辆的传动系统中得到了广泛的应用。

船舶舵机系统的设计与建模研究船舶舵机系统作为航行安全的保障之一，其设计和建模显得尤为重要。

船舶舵机系统不仅影响着船舶的稳定性和航行性能，而且还涉及到人员安全和船舶的经济效益。

本文将从舵机系统的概念入手，探讨舵机系统的设计和建模，旨在为相关领域的研究提供一些帮助。

一、舵机系统的概念舵机系统是自动控制装置，使用电信号控制船舶舵的转动，可以帮助船舶实现准确的转向和当场制动。

它通常包括舵机齿轮、电动机、滚珠丝杆、伺服阀和计算机控制单元等组成部分。

舵机系统的设计需要考虑船舶型号、船舶尺寸、船舶使用环境以及需要完成的任务，合理的舵机系统设计能够实现良好的船舶航行性能和控制准确性。

二、舵机系统的设计船舶舵机系统的设计可以分为机械结构设计和电气控制系统设计两个方面。

机械结构设计需要考虑舵机材料的选择、舵机机构的设计和优化等问题。

电气控制系统设计需要考虑电路的设计和优化、信号处理系统的设计和实现。

下面将分别介绍这两个方面的设计。

（一）机械结构设计在机械结构设计中，需要考虑如下几个方面。

1.舵机主体材料的选择：舵机主体材料的选择应考虑实用性、耐久性和重量等因素，以适应船舶的使用环境和性能要求。

2.舵机机构的优化设计：舵机机构的设计应优化设计，达到减少重量和空间占用的目的。

舵机的设计中也要考虑用途，例如海洋工程船需要对舵机进行特殊适应，以适应各种不同种类的工作需要。

3.舵机的自动化：舵机的自动化，包括机电一体化和智能化设计。

这种自动化可以加快控制系统的反应速度，使得船舶控制更加精确，从而提高航行安全性。

（二）电气控制系统设计在电气控制系统设计中，需要考虑如下几个方面。

1.电路的设计和实现：电路的设计和实现是舵机系统中最为重要的部分之一，其质量的好坏直接影响着舵机的控制效果。

在电路设计中，需要考虑电路器件的选择和安装，以及电流大小和电压稳定性等方面问题。

2.信号处理系统的设计和实现：信号处理系统的设计和实现可以大大提高舵机的控制效果和精度。

电液伺服系统的建模与控制研究引言：电液伺服系统（Electro-Hydraulic Servo System）是一种广泛应用于机械领域的控制系统，其通过电气信号控制液压元件，实现对物体位置、速度和力的精确控制。

随着工业自动化技术的不断发展，电液伺服系统在工业生产中的重要性越来越突出。

本文将从电液伺服系统的建模与控制两个方面展开研究，深入探讨其原理和应用。

一、电液伺服系统的建模电液伺服系统的建模是研究其工作原理和特性的基础。

建模是将实际系统转化为数学模型，通过模型分析和仿真研究系统的性能。

电液伺服系统的建模过程涉及到液压传动、机械传动、电气传动以及控制算法等多个方面。

1. 液压传动的建模液压传动是电液伺服系统中最关键的部分，其负责将电信号转化为液压信号，并通过液压元件传递给执行机构。

液压元件包括液压泵、阀门、缸筒等。

液压泵将液体加压，并通过阀门控制液体的流动。

液压缸通过泵送的压力作用，实现对物体位置、速度和力的控制。

液压传动的建模需要考虑压力、流量、阀门开度等方面的变化，利用流体力学和控制理论进行数学描述。

2. 机械传动的建模机械传动是将液压力转化为机械力，实现力的传递和位置的控制。

机械传动包括齿轮传动、皮带传动、曲柄机构等，其目的是将液压系统提供的力矩和转速传递给负载。

机械传动的建模需要考虑传动效率、摩擦损耗等因素，通过机械动力学和力学原理进行数学描述。

3. 电气传动的建模电气传动是将输入信号转化为电气信号，并通过电子元件和电机来实现力和速度的控制。

电气传动包括信号转换、功率放大、速度控制等。

常见的电气传动元件有电阻、电容、电感等，电机则是实现力和速度控制的核心部件。

电气传动的建模需要考虑电路理论和电机原理，通过电路分析和电机模型进行数学描述。

4. 控制算法的建模控制算法是电液伺服系统中实现控制和调节的关键。

常见的控制算法有比例控制、PID控制、模糊控制等。

控制算法的建模需要考虑系统的动态特性和控制目标，通过控制理论和信号处理进行数学描述。

电液伺服系统的建模与控制1. 引言电液伺服系统是一种广泛应用于工业控制领域的系统，它可以通过控制液压执行器的输出来实现对机械运动的精确控制。

本文将介绍电液伺服系统的建模与控制方法，以帮助读者更好地了解和应用这一技术。

2. 电液伺服系统的概述电液伺服系统由液压执行器、电液伺服阀、传感器和控制器等组成。

液压执行器负责将液压能转化为机械能，电液伺服阀负责控制液压执行器的动作，传感器用于反馈系统状态信息，控制器根据传感器的反馈信息对电液伺服阀进行控制。

3. 电液伺服系统的建模建模是控制系统设计的第一步，对于电液伺服系统也是不可或缺的。

电液伺服系统的建模既可以基于理论模型，也可以基于实验数据进行。

3.1 理论模型在理论模型建模中，我们需要考虑液压执行器、电液伺服阀和控制器的动态特性。

液压执行器的动态特性可以用惯性、摩擦、密封等参数来描述。

电液伺服阀的动态特性可以用阀门的流量-压力特性和阀门饱和现象来描述。

控制器的动态特性通常可以用传统的PID控制算法进行建模。

3.2 实验模型在实验模型建模中，我们需要通过实验得到系统的频率响应和传递函数，并将其转化为数学模型。

这种方法对于实际系统的建模更加准确，但也需要大量的实验数据和较高的技术要求。

4. 电液伺服系统的控制控制是电液伺服系统中最关键的环节之一。

常用的电液伺服系统控制方法有位置控制、速度控制和力控制等。

4.1 位置控制位置控制是电液伺服系统中最基本的控制方法之一。

通过控制电液伺服阀的输出来控制液压执行器的位置。

传感器将执行器的位置信息反馈给控制器，控制器根据反馈信息进行调节，使得系统实现期望的位置跟踪。

4.2 速度控制速度控制是电液伺服系统中常用的控制方法之一。

通过控制电液伺服阀的输出来控制液压执行器的速度。

传感器将执行器的速度信息反馈给控制器，控制器根据反馈信息进行调节，使得系统实现期望的速度跟踪。

4.3 力控制力控制是电液伺服系统中一种高级的控制方法。

伺服系统多学科一体化快速建模仿真和优化平台项目实施方案呈送：3院33所提交： LMS公司日期：2013/07/07目录一、意义和作用 (3)二、研究目标与成果 (5)2.1 研究目标 (5)2.2 技术指标 (6)2.3 预期成果 (6)2.4 创新性 (7)三、主要研究内容及关键技术 (7)3.1 项目主要研究内容 (7)3.2 关键技术 (8)四、技术方案 (10)4.1 总体思路与体系架构 (10)4.2 技术方案 (11)4.3 关键技术、技术难点及解决方案 (14)4.3.1 舵机控制算法建模 (14)4.3.2 电机伺服系统建模 (15)4.3.3机械系统建模 (19)4.3.4机电闭环系统联合仿真 (25)4.3.5硬件在环仿真 (28)4.3.6舵面有限元模型建模 (31)4.3.7舵面有限元模型验证 (33)4.3.8模态测试 (35)4.4 研究基础 (36)4.4.1 LMS公司及机电一体化仿真和测试平台 (36)4.4.2 1D仿真b AMESim (37)4.4.3 3D仿真b及机构动力学模块VL Motion (41)4.4.4 软硬件配置 (44)一、意义和作用舵机是导弹控制系统的执行机构，是导弹操纵装置的一个必不可少的重要部件。

舵机的作用是根据导弹制导控制电路输出的一定大小和极性的信号，操纵导弹的舵面或副翼或改变发动机的推力矢量，以便控制和稳定导弹的飞行。

它有两大功能：一是保持导弹按预定航向的能力；二是改变导弹运动方向的能力。

舵机能根据弹上计算机输出的舵面角度信号，控制弹体的舵翼，依靠弹体飞行中舵面偏转产生的空气动力及气动力矩，稳定和控制弹体，使弹体按设计的弹道飞行，直至命中目标。

可见舵机控制在导弹制导过程中具有及其重要的作用。

舵机按能源类型可分为气动（包括冷气和燃气）舵机、液压舵机和电动舵机三类。

传统导弹都是采用液压舵机或气动舵机, 但此类舵机的缺点是结构复杂、加工精度高、质量大、成本高、技术难度大。

液压式船舶舵机控制系统设计与仿真液压式船舶舵机控制系统是现代船舶的重要部分之一，其作用是通过电子控制系统对船舶的操纵进行精确调节，以确保船舶行驶和操作的安全性和可靠性。

本文主要探讨液压式船舶舵机控制系统的设计和仿真，包括系统结构、控制方法和参数设置。

首先，液压式船舶舵机控制系统主要由舵机、液压系统、控制器和电源组成。

其中，舵机是实现方向转向的主要装置，液压系统提供油压力来驱动舵机进行动作，控制器负责接收船长的指令并输出控制信号来控制油的流动，电源则为整个系统供电。

其次，液压式船舶舵机控制系统的控制方法一般采用PID控制，即比例、积分、微分控制。

其实质是通过根据实际舵角和期望舵角的误差对控制信号进行反馈和调整，从而实现对舵机的精确定位和控制。

具体来说，将期望舵角和当前舵角的差值作为控制系统的输入，经过PID控制计算得到控制信号输出，控制信号通过控制阀门控制油的流动来控制舵机动作，从而实现舵机的转向。

最后，液压式船舶舵机控制系统的参数设置包括PID参数和液压系统参数两部分。

PID参数设置要根据具体的船舶工况和舵机参数进行调整，比例系数、积分时间和微分时间都需要进行优化，以达到最佳控制效果。

液压系统参数则包括油压力、油箱容积、油缸容积、控制阀门开度等参数，这些参数的设置也需要根据实际情况进行调整，以确保液压系统的工作稳定可靠。

在仿真方面，可以采用MATLAB/Simulink等工具进行模拟，具体步骤包括建立船舶控制系统的数学模型、进行仿真验证、调整参数、再次验证。

通过仿真，可以直观地了解系统的工作流程和控制效果，同时也可以有效地优化系统控制参数，提高系统的性能和稳定性。

总之，液压式船舶舵机控制系统的设计和仿真是现代船舶中非常重要的一环，需要仔细考虑和优化。

在设计和仿真中，需要注意系统结构、控制方法和参数设置等问题，同时还要进行严格的仿真验证和参数调整，以确保系统的工作效果和性能。

数据分析是现代数据科学中的重要一环，通过对数据进行收集、整理、处理和分析，可以从中得出有用的结论和洞察，为决策和应用提供有力的支持和指导。

《电液伺服并联六自由度船舶模拟器控制研究》篇一一、引言船舶的操纵与模拟，特别是在海上航行的过程中所涉及的多维自由度变化，一直被科研界及行业内的工程师视为重点研究的领域。

而今，我们迎来了一项先进的技术应用——电液伺服并联六自由度船舶模拟器，这一系统的提出与应用无疑将为船舶操纵的精确性和仿真效果带来显著提升。

本研究的目的正是探索该系统控制技术中的若干问题，期望能为今后的相关研究和应用提供理论基础和实践经验。

二、电液伺服并联六自由度船舶模拟器的理论基础电液伺服并联六自由度船舶模拟器利用了现代先进的信息控制技术和复杂的机械设备原理。

系统在水平面上有六种可能的运动方向（三个轴向的移动和三个角度的旋转），它模仿真实的船舶在海上的六自由度运动，为用户提供一个高真实度的操作环境。

其中的电液伺服系统则是一个反馈系统，用于实时监控并控制各种复杂运动的实现。

三、控制系统研究的重要性及难点电液伺服并联六自由度船舶模拟器的控制系统的性能直接决定了模拟的精确度和反应速度。

因此，研究该系统的控制策略、算法以及软硬件设计显得尤为重要。

同时，由于涉及到的自由度多、变量复杂、环境变化大，使得控制系统的设计变得异常复杂和困难。

四、控制策略及算法研究针对电液伺服并联六自由度船舶模拟器的控制系统，我们提出了一种基于模糊逻辑和神经网络的混合控制策略。

该策略在面对复杂的船舶运动和外部环境变化时，能够实时调整控制参数，保证模拟的精确性和稳定性。

同时，我们采用先进的算法进行优化处理，以进一步提高系统的反应速度和运行效率。

五、软硬件设计硬件方面，我们设计了一款新型的电液伺服装置，它采用高精度的传感器和稳定的驱动系统，保证各种运动的准确和快速实现。

同时，我们也优化了设备的散热和保护机制，以延长设备的使用寿命。

软件方面，我们开发了一款专用的控制系统软件，该软件具有友好的用户界面和强大的数据处理能力，能够实时显示模拟结果并提供必要的操作指导。

六、实验与结果分析我们通过大量的实验验证了上述理论和技术在实际应用中的效果。