当前位置：文档之家 › SIMULINK在液压系统仿真中的应用_侯友夫

SIMULINK在液压系统仿真中的应用_侯友夫

  • 格式：pdf
  • 大小：69.04 KB
  • 文档页数：2

SIMULINK在液压系统仿真中的应用

侯友夫,李龙海,陈　飞

(中国矿业大学机电学院,江苏徐州221008)[摘　要]　介绍了SIMULINK软件包的特点,并以蓄能器—液压缸系统为例,建立了液压系统的动态模型,给出了仿真模型,结果表明SIMULINK是液压系统仿真的一条有效途径。[关键词]　SIMULINK;仿真;液压系统[中图分类号]　TH137.1　[文献标识码]　A　[文章编号]　1003-6083(2002)01-0010-02

0　前　言

液压系统的动态仿真对于改进液压系统的设

计和提高液压系统可靠性都具有重要的意义。随

着液压系统逐渐趋于复杂和对液压系统仿真精度

要求的不断提高,传统的利用微分方程和差分方

程的仿真技术已不能满足需要。MATLAB语言

集科学计算、自动控制、信号处理等功能于一体,具有极高的编程效率。利用MATLAB提供的

SIMULINK软件包可以方便的对液压系统的动态特性进行仿真[1]。

1　实　例

SIMULINK软件包是实现动态系统建模、仿真的一个集成环境,它使MATLAB的功能得

到进一步的扩展。SIMULINK软件包能实现可

视化建模。在视窗里,用户通过鼠标操作就可以

建立直观的系统模型,并进行仿真。实现了多工

作环境间文件和数据交换,具有方便、直观和灵活

的优点。因此SIMULINK软件包是对液压系统

的动态特性进行仿真的强有力的工具。下面通过

一个例子,说明其具体应用。

已知一液压系统如图1所示。

图1　液压系统原理图液压缸有蓄能器供油,现求不同时间的位移,速度,即活塞的运动轨迹。液压系统由蓄能器,二

位二通电磁换向阀,单向阀和液压缸组成。单向

阀防止蓄能器油液外流,当换向阀断电时,即处于

原始状态,即t=0,位移x=0,速度v=0,活塞静

止不动。蓄能器是气液蓄能器,当两位两通电磁

换向阀通电后,流量Q由蓄能器流出,经换向阀

流入液压缸右侧,克服液压缸的阻力使活塞向左

运动[2]。活塞克服的阻力有:质量惯性力: M×dv/dt粘性阻尼摩擦力:f×v负载弹簧力:K×x恒负载力:F1其中M为负载质量,f为粘性阻尼系数,K为

负载弹簧刚度。

液压缸右部压力为p2,活塞有效面积为A。

活塞运动平衡方程为:

p2×A=M×dv/dt+f×v+K×x+F1(1)

当略去管路沿程损失时,有

p2=p1-△pr(2)

式中　p1—蓄能器初始压力;Δpr—阀的压力降。

△pr=C×Q2=C×A2×V2(3)

式中　C—阀的流量系数;

V—流过阀口的油的速度。

若p1确定,p2就可确定。

可由气体状态方程求p1p1×v1=m×R×T(4)

式中　p1—气体压力;

v1—气体容积;

m—气体质量;01江　苏　煤　炭 2002年第1期R—气体常数;

T—气体温度。等温过程m,R,T是常数,则有

p1×v1=G而v1=V0+A×x

其中V0是t=0,x=0时的容积,在系统中

已经确定。所以

p1=G/(V0+A×x)(5)

将式(3),(5)代入(2)得:

p2=G/(V0+A×x)-C×A2×V2(6)将式(6)代入式(1)可得到系统的状态方程:

dv/dt=(G×A(V0+A×x)-F-K×x-

C×A3×v2-f×v)/M

dx/dt=v (7)

这就是系统的数学模型。将其转成如图2所

示的仿真模型[3]。在仿真模型中各参数取值为:

K=1e3kg/m,f=5e3kg,m=1e3kg,c=0.6,f=

0.05,g=11.876e6Pam3,A=22.0096e-2,F=

1e3。

图2　SIMULINK仿真模型

2　结　论

从仿真过程来看,可归纳以下几点:(1)利用MATLAB中SIMULINK模块库可以直接根据系统的数学模型来构造仿真模型,而

无需将数学模型作任何变换,也无需编制复杂的

程序,极大的提高了编程效率。

(2)利用模块库来构造仿真模型是一种时域仿真,可以任意设置参数t,方便的观察到系统变

化的全过程。

(3)直接利用数学模型进行仿真,简单而又可靠,直观而又逼真。

(4)在设计真实的系统前,进行仿真,通过调整不同的参数,观察曲线的变化,可以知道诸参数

对系统的影响,有利于选择优化参数,设计出合理

的系统。通过对已有的系统仿真,可以了解和评

价系统的特性,找出影响系统特性的关键因素,从

而提出合理的改进措施。

[参　考　文　献]

[1]徐家蓓.控制系统仿真[M].北京理工大学出版社,1998:32-34.[2]张志涌,等.精通MATLAB5.3版[M].北京航空航天出版社,2001:330-396.[3]石红雁,许纯新,付连宇.基于SIMULINK的液压系统计算机仿真[J],农业机械学报,2000,(5):31.

[作者简介]

侯友夫(1960-),博士,教授,硕士生导师,现在中国矿业大学机电学院工作,拥有发明个人专利四项,曾发表论文多篇。[收稿日期:2001-10-22]

ApplicationofSIMULINKinHydraulicSystemSimulation

HouYoufu,LiLonghai,ChenFei

(SchoolofMechanicsandMaterialEngineering,CUMT,Xuzhou221008,China)

Abstract:ThecharacteristicsofsoftwareSIMULINKareintroducedandthedynamicalmodel

ofaccumula2

torcontrolledhydrauliccylinderisconstructed.ThesimulationresultsshowthattheSIMULINK

methodisaneffectivewaytosimulatethedynamicalcharacteristicsofthehydraulicsystem.

Keywords:SIMULINK;simulation;hydraulicsystem112002年第1期 侯友夫等　SIMULINK在液压系统仿真中的应用

合集下载

基于Simulink的比例阀控液压缸的建模与仿真

基于Simulink的比例阀控液压缸的建模与仿真

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 of

the 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。

在Simulink环境中建立液压元件仿真子模块

在Simulink环境中建立液压元件仿真子模块

在Simulink环境中建立液压元件仿真子模块

-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN 5．1．3 在Simulink环境中建立液压元件仿真子模块

5．1．3．1 Simulink环境中液压系统的仿真与建模原理

Simulink可以用来对动态系统进行建模、仿真和分析，支持连续、离散及两者混合的线性、非线性系统，并提供了建模的图形接口，包括了众多线性和非线性等环节，可方便地扩展，使得系统的构建容易，所以适合于液压系统中普遍存在的非线性问题的求解，并且与传统的仿真软件包用微分方程和差分方程建模相比，具有更直观、方便、灵活的优点。

液压系统模型的建立充分利用了Simulink所提供的建立子模块的方法，采用从上到下或从下到上的递阶结构创建复杂系统的仿真模型。对于每一个液压元件及容腔节点建立一个可重复利用和易于参数修改的子模块，在模型的最上层，对各处模块进行连接即可建立系统的仿真模型。各子模块的建立是根据液压元件的数学模型，利用Simulink所提供的基本的线性和非线性模块将液压元件的数学模型表述出来，根据液压元件的功能与特性定义其输入输出。模块为黑箱结构，只通过输入输出与外界联系，通过参数定义界面，可由用户对元件的参数进行赋值或实时修改。

液压系统建模是依据节点法建模。系统某点的压力与流入和流出该点的流量有关。根据节点法建模的原理，在每个液压元件建模时要对一些数学模型进行适当的等价变换。要求元件的输入为压力，输出为流量。含有微分方程的数学模型要进行拉氏变换，使得元件的数学模型能够利用Simulink软件表述出来。

Simulink仿真库包含有sinks（输入方式）、 Source（输入源）、

Continuous（连续模块）、 Discontinuities（非线性模块）、 Connection（连接与接口）等子模块库，每个子模块库中都包含有相应的功能模块，用户也可以定制和创建自己的模块。利用这些模块可以将液压系统中的每个元件都定义为一个子模块。根据不同的液压系统可以将这些子模块方便的组成液压系统仿真模型。

基于Simulink的阀控液压缸系统动态仿真

基于Simulink的阀控液压缸系统动态仿真

龙源期刊网

基于Simulink的阀控液压缸系统动态仿真

作者：吴玲

来源：《山东工业技术》2019年第12期

摘 要：本文以四通阀控液压缸为例，经理论分析，建立数学及动态仿真模型，并借助于Simulink工具包对其进行动态模拟。结果表明，Simulink 仿真是检验模型正确性及系统工作性能的有效方法。

关键词：Simulink；阀控液压缸；动态仿真

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2019.12.190

0 引言

随着液压系统的功能日趋完善，性能逐步提高，在设计过程中，兼顾设计周期的缩短及性能的优化显得尤为重要。为此，系统设计之前，寻求简便的方法进行系统模拟，是非常有必要的。

1 液压缸系统的数学模型

四通阀控液压缸是一种重要的液压动力元件，取滑阀为研究对象，建立阀的线性化流量方程为：

（1）

式中：qL为负载流量；

Kq为滑阀在稳态工作点附近的流量增益；

Kc滑阀在稳态工作点附近的流量—压力系数。

为方便计算，取负载流量为 ：

（2）

保持以上研究对象不变，忽略管道的压力及流量损失，保证液压缸中油温等参数为常量，可得进油腔、回油腔流量分别为（3）、（4）：

（3）

（4） 龙源期刊网

式中：Ap活塞有效面积，xp活塞位移。

V1液压缸进油腔容积，V2液压缸回油腔容积。

（5）

（6）

式中：V01进油腔初始容积，V02回油腔初始容积。

根据两液压腔的初始容积相等的原则，可以得到：

（7）

式中：为活塞位于中间时每腔的容积；

基于MATLAB／Simulink的脱模液压系统动态特性仿真

基于MATLAB／Simulink的脱模液压系统动态特性仿真

【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。Ｓｉｍｕｌｉｎｋ为用户提供了用方框图进行建模的图形接口，与传统的仿真软件包用微分方程和差分方程建模相比，具有更直观、方便和灵活的优点。固体火箭发动机是使用固体火箭推进剂燃烧产生推力的化学火箭发动机，脱模是将固化在药柱中的芯模通过拉或顶的施力方式将其取出，是固体火箭发动机制造中非常重要且又具有高度危险性的一个环节。因此，针对某发动机制造厂产品的要求，设计出一套能替代人工完成导向、定位、执行动作及传动机构的一整套装置，如图１所示。工作过程中，脱模顶升液压缸按照所设定的脱模速度及脱模力完成固定行程的顶升，此时芯模与药柱已脱离接触，由提升液压缸带动活动横梁完成对发动机的快速脱模工作。