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基于前馈补偿的助力器负载模拟方法研究摘要:论文讨论了一种助力器的负载模拟器。
该负载模拟器采用了被动式的电液力伺服系统。
文中设计了模拟器的结构,推到了系统的数学模型,并在此基础上设计了基于前馈补偿的控制器。
试验结果表明,该系统和控制方法能够很好的对助力器进行负载模拟试验。
关键词:负载模拟电液力伺服数学模型前馈补偿助力器是一种广泛应用于车辆、工程机械、飞行器等设备上的,能够实现驱动功能的传动组件。
助力器的负载模拟试验是在实验室条件下模拟助力器所受的力载荷,用以检验助力器在工作条件下的承载能力。
因此研究助力器的负载模拟方法,可以达到缩短研制周期、节约研究经费、提高可靠性和成功率的目的,有着很好的工程应用价值[1-2]。
论文研究了一种基于电液力伺服系统的负载模拟器,并研究了该负载模拟器的控制方法,试验结果表明使用了该控制方法的负载模拟器能够精确的模拟出助力器的力载荷情况。
1 负载模拟器结构及数学模型电液力伺服控制系统利用电液伺服阀对液压执行机构进行有效的控制,综合了电气和液压两个方面的优点。
按其负载模拟方式的不同,通常可以分为两种类型:一类是主动式,其试验对象在负载模拟过程中保持相对静止,所以这类系统的结构比较简单,控制也比较容易;另一类是对有主动运动的物体进行负载模拟,称为被动式,这类系统由于试验对象运动参量的干扰,使系统结构复杂,分析和设计都比较困难。
本文讨论的负载模拟系统属于后者[3～5]。
(如图1) 所示的即为电液力伺服系统结构示意图。
图中,整个系统固定于台架之上。
右半部分为负载模拟系统,由液压缸、伺服阀、液压源等机构组成。
液压缸作为负载模拟系统的模拟力输出工具。
液压源为液压缸的运动提供动力,伺服阀受控于计算机控制系统,操纵液压缸的运动。
左半部分为试验对象。
根据负载模拟系统结构图,画出电液力伺服系统的原理方框图。
如图2所示,u为输入指令信号,F为系统的实际输出力。
根据系统的原理方框图所示,分析系统各部分的传递函数。
![对称不均等的负叠合比例阀控非对称缸系统的控制方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s1/m/444b4ff7370cba1aa8114431b90d6c85ec3a880c.png)
专利名称：对称不均等的负叠合比例阀控非对称缸系统的控制方法
专利类型：发明专利
发明人：曾乐,李红章,刘金荣,许文斌,杨俊,谭建平
申请号：CN202110795482.4
申请日：20210714
公开号：CN113431816B
公开日：
20220415
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供一种对称不均等的负叠合比例阀控非对称缸系统的控制方法，包括以下步骤：获取基于模型变换的对称不均等的负叠合比例阀控非对称缸系统的输入信号；对输入信号进行补偿得到补偿后的输入信号，具体是：获取该系统在零速状态时的输入信号；基于零速状态时的输入信号获取对称不均等的负叠合比例阀控非对称缸系统的补偿信号；结合输入信号和补偿信号获得补偿后的输入信号。
应用本发明的技术方案，推导了对称不均等负叠合的阀控非对称缸系统理论零点模型，在阀控非对称缸系统的模型变换控制基础上提出了零点在线补偿控制方法，使得阀控非对称缸系统的响应对称，且消除了零点偏移导致的稳态误差，有效提高比例阀控非对称缸系统的控制精度。
申请人：长沙航空职业技术学院
地址：410000 湖南省长沙市雨花区暮石路999号
国籍：CN
代理机构：长沙七源专利代理事务所(普通合伙)
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非对称伺服阀在阀控缸电液伺服系统中的应用摘要：非对称液压缸具有占用空间小、制造简单、成本低等优点，在液压系统中得到广泛应用。
但是，在液压伺服系统中，特别是在零开度伺服阀控制的阀控缸系统中，由于非对称液压缸活塞两侧的承载面积不同，当伺服阀芯在零开度附近摆动时，液压缸的两个腔室交替供油，活塞的运动方向交替变化。
此时液压缸的两个腔室会产生突然的压力跳变，导致系统振荡、爆炸，不仅影响系统的稳定性，还会导致系统无法正常工作，甚至导致液压。
在使用计算机仿真设计液压系统时，这个问题很容易被忽略，导致设计失败。
关键词：伺服阀；不对称液压缸；三通阀;分析一个实际零开口对称伺服阀控不对称液压缸的液压系统设计案例，对对称阀控制不对称液压缸进行了不相容性分析，明确系统产生“爆振”的原因，以及提出该设计失败后的改进方案。
一、对称四通伺服阀控制不对称液压缸可行性1.对称四通伺服阀控制不对称液压缸方程推导。
对称四通伺服阀控制不对称液压缸如图1所示。
图1对称四通伺服阀控制不对称液压缸图1中，L１、A１为液压缸无杆腔行程和有效工作面积；L２、A２为液压缸有杆腔行程和有效工作面积；V１、V２分别为液压缸无杆腔和有杆腔容积；p１、p２分别为液压缸无杆腔和有杆腔压力；vp１、vp２分别为活塞杆伸出与退回速度；∑F１、∑F２分别为活塞杆伸出时负载和退回时负载；q１、q２分别为液压缸无杆腔流量和有杆腔流量；q３为活塞杆外伸时伺服阀的回油流量；q４为活塞杆退回时伺服阀的回油流量；a１、a２、a３、a４为四通伺服阀各节流口的通流截面积；xp为液压缸活塞的位移；mt为活塞及其刚性联接件、油液及负载等效到活塞上的总质量；BP为活塞和负载的黏性阻尼系数；ps为四通伺服阀进油压力；xv为四通伺服阀阀芯位移。
当四通伺服阀为对称零开口阀时，为简化分析，不考虑油液的可压缩性和液压缸的泄漏，假设∑F为液压缸活塞上的总负载，FL为外负载，FC为摩擦力。
2.仿真设计的误区。
直驱电力液压缸的轴向非对称阀的优化研究随着机械制造技术的不断发展，液压技术在工业生产中也得到了越来越广泛的应用。
而直驱电力液压缸作为一种新型驱动方式，其具有速度快、精度高、稳定性好、噪音小等优点，受到了越来越多企业的青睐。
然而，液压缸内部的阀门控制系统对其性能影响极大，特别是轴向非对称阀的设计与性能优化，是目前研究的热点之一。
一、直驱电力液压缸的工作原理直驱电力液压缸由电机、液压泵、液压缸和控制系统等几个部分组成。
其工作原理类似于传统的液压缸，不同之处在于直驱电力液压缸不需要传统的液压控制阀，而是通过直接控制液压缸内的阀门来实现液压控制。
具体来说，当电机启动时，通过液压泵将油液导入液压缸的阀门控制系统，对阀门进行控制，从而实现液压缸的伸缩运动。
由于直驱电力液压缸内部不需要传统的液压控制阀，其结构简单，运动速度和定位精度高，特别适用于高速、高精度的机床等自动化装备中。
二、轴向非对称阀的结构与工作特点轴向非对称阀相对于传统的轴向对称阀，其阀芯和阀座的布局不对称，从而在液压系统中的特性表现出了许多独特的性能特点。
首先，轴向非对称阀的流量范围大，能够满足液压系统在不同负载下的需求。
其次，阀芯和阀座的布局不对称，在控制高速流动时更加精准，反应更快，定位精度更高。
此外，轴向非对称阀在工作时噪音较小，使得其在高速运动的机器人等领域得以广泛应用。
三、轴向非对称阀的优化设计方案为了进一步优化直驱电力液压缸的轴向非对称阀的性能，需要根据实际应用需求进行结构与工艺优化。
具体来说，如下几个方面是非常值得注意的。
首先，针对轴向非对称阀自身的结构特点，需要在阀芯和阀座设计上进行优化，以缩小阀芯与阀座的间隙，提高流体密封性，降低泄漏率。
其次，在轴向非对称阀材料的选择上，需要考虑材料的强度、硬度、韧性和抗疲劳性等多个因素，以保证阀门在高负载环境下的稳定性和耐久性。
另外，对于直驱电力液压缸的控制系统，需要采用高精度的传感器和精准的调节算法，保证液压力控制的精度和稳定性。
非对称电液伺服阀控制非对称缸系统仿真分析
吴广益
【期刊名称】《机械工程与自动化》
【年(卷),期】2016(000)004
【摘要】重新定义了非对称阀控制非对称缸系统的负载压力和负载流量，推导出液压缸正、反向运动时的数学模型和传递函数，同时运用MATLAB／Simulink对工程案例进行仿真分析，得出位移响应曲线和负载大小对液压缸位移的影响关系。
【总页数】4页(P74-77)
【作者】吴广益
【作者单位】德州职业技术学院，山东德州 253034
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.9
【相关文献】
1.非对称阀控制非对称缸位置伺服系统理论分析与试验研究 [J], 李漠;任好玲
2.匹配非对称阀控制非对称缸系统特性分析 [J], 张尚盈
3.基于MATIAB SIMULINK非对称阀控非对称液压缸控制系统的仿真分析 [J], 李东君
4.非对称阀控制非对称缸系统的静态及动态特性分析 [J], 王栋梁;李洪人;李春萍
5.带补偿因子的双模糊控制在电液伺服阀控非对称缸系统上的应用研究 [J], 彭辉;王军政;沈伟;李多扬
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