10 第10章 液压系统建模简介.pptx

第1页：第十章 液压系统建模简介

第十章液压系统建模简介通过这一章的学习，能够掌握液压马达，液压阀，液压系统动态建模的一些基本方法，并了解液压系统仿真的基本过程。相关知识能力要求知识要点液压马达速度控制系统的动态特性及液压马达稳态特性。熟悉液压马达的速度控制系统工作原理，设计步骤。液压马达动态建模溢流阀的结构及工作原理，电磁换向阀的工作原理及其瞬态响应，滑阀的建模过程。掌握溢流阀，电磁换向阀，伺服阀的结构工作原理及建模方法。液压阀动态建模液控阀/马达液压系统与变量泵控定量液压马达系统的流量特性及微分方程。了解阀控马达液压系统与变量泵控定量液压马达系统建模差异液压系统动态建模液压系统仿真原理、传递函数的建立和液压马达的动态模。能够利用计算机仿真技术分析和预测液压系统的动态性能。液压系统仿真教学目标教学要求

第2页：本章目录

第十章液压系统建模简介导入案例10.1液压马达动态建模10.2液压阀动态建模10.3液压系统动态建模液压系统仿真本章小结

第3页：导入案例：电液伺服位置控制仿真

导入案例道路耦合试验机电液伺服位置控制系统仿真在数字式自适应动态电液道路耦合试验机中，针对一个采用阀控对称缸的电液伺服位置控制系统进行了SimHydraulics实物仿真和模型辨识，通过机理建模和Simulink模型仿真验证了辨识结果。图10.1为系统原理图及外形图。图10.1系统原理图

第4页：SimHydraulics仿真框图

泵采用压力为10Mpa的理想恒压源，相当于实际系统中功率足够大的定量泵与溢流阀的组合。伺服阀电磁铁的时间常数取为0.002s，远小于整个系统的时间常数，可以忽略它对整个系统动态的影响。伺服阀的阀芯位移与过流面积以及液压缸的各个尺寸采用了实际数据。图10.2 SimHydraulics仿真框图

第5页：闭环恒值输入响应

设定活塞位置给定值为，仿真的结果如图10.3所示，横轴代表响应时间，纵轴由上至下分别是：阀芯位移控制输入x，活塞杆位置y，活塞杆速度。图10.3 SimHydraulics仿真闭环恒值输入响应

第6页：液压马达速度控制系统的动态特性

通过对系统动态建模可正确地设计系统各有关参数，使系统性能最佳。图10.4液压马达速度控制系统的动态特性

第7页：阀控马达系统的动态环节

图10.5液压马达速度控制系统各组成部分图10.5将阀控马达系统(开环)分为几个动态部分。如果在阀上出现驱动信号，由于滑阀质量等因素影响，滑阀不可能瞬时移动；滑阀通过管路与液压马达相连接，则连接管路对系统振动的影响必须小于由于液压油压力波传播的影响，即(10-1)

第8页：液压马达稳态特性

10.1液压马达动态建模液压马达稳态特性可由流量方程描述。即(10-2)(10-3)(10-4)

第9页：溢流阀建模

1.溢流阀10.2液压阀动态建模图10.7溢流阀结构

第10页：溢流阀的工作原理

调压弹簧b和阻尼元件装在溢流阀阀芯c的上部，当阀芯处于某一位置，维持系统一定压力时，多余的液流从阀芯中d口排出。阻尼座g上有阻尼孔a，阻尼座下有弹簧垫e，弱弹簧f将e顶向阻尼座。当弹簧和阻尼元件向上运动，就打开阻尼座上阻尼小孔，液流从小孔通过，产生压力降，对运动产生阻力很小；当阻尼元件向下运动，弹簧就关闭液流通道，液流被挡在阻尼元件和阀芯顶部，从而被压缩。阻尼元件和阀体间存在一个很小的径向间隙(一般为0.12mm)，这个间隙允许被压缩的液流流入，结果产生了一个与运动方向相反的阻尼力。这种溢流阀的优点是当负载流量变化时可迅速打开，并可有效地维持系统压力。使压力波动最小。溢流阀的工作原理

第11页：溢流阀的液流连续性方程

图10.7(b)所示的液流连续性方程为由于滑阀的两个输出通口相连接，所以有将式(10-5)和式(10-8)联立，可得(10-5)(10-6)(10-7)(10-8)(10-9)

第12页：阀芯的动量方程

阀芯向上运动主要是克服调压弹簧刚度、阻尼力和移动部件惯性力，以及稳态液动力。动量方程即为(10-10)液动力Fr(10-11)

第13页：溢流阀的响应方法

溢流阀的响应方法

• （1）小信号频率响应；
• （2）模拟计算机仿真；
• （3）数字计算机仿真。

第14页：电磁换向阀建模

2.电磁换向阀电磁换向阀中滑阀的移动由电磁线圈产生的电磁力控制。电磁线圈可分为用于一般电磁换向阀的二次电磁线圈和用于比例阀中的比例电磁线圈两种：二次电磁线圈产生的电磁力与输入电流平方成正比；而比例电磁线圈产生的电磁力则与输入电流成正比。在电磁线圈上加上电压，由于电磁线圈的阻抗和感抗产生动态变化的电流，当电磁线圈位移较小时，其感抗基本上保持为常数，有以下方程：(10-12)

第15页：电磁换向阀结构

图10.8电磁换向阀图10.8所示为电磁换向阀的结构。滑阀与比例电磁线圈或二次电磁线圈连接，电磁线圈不通电时，滑阀在左右两个弹簧作用下对中；电磁线圈通电后，假设作用在滑阀上的电磁力与惯性力和弹簧力平衡，则有

• （1）比例电磁线圈电磁力(10-13)
• （2）二次电磁线圈电磁力(10-14)

第16页：库仑摩擦的修正

如果滑阀的库仑摩擦较大不能略去，需对瞬态响应加以修正。比例电磁线圈方程(10-13)可改成式中，Fc为库仑摩擦力，其正负号与滑阀移动方向有关。(10-15)

第17页：阀控缸与阀控马达系统建模

1.阀控缸／马达液压服系统阀控缸／马达液压系统的流量特性为非线性微分方程。由于滑阀的非线性以及阀控／马达存在的动态影响，所以微分方程的求解不可能得到将所有的参数都包括的结果。假设滑阀为对称型正开口阀，在驱动电流iu作用下，滑阀刚好打开。可得10.3液压系统动态建模当i>0，Z2=1时，有：Zl=0，i≥iuZ1=1，i<iui<0，Z1=1时，有：Z2=0，i≤-iuZ2=1，i>-iu(10-17)

第18页：滑阀控液压缸与马达的连接

图10.11滑阀控液压缸／马达连接图10.11为滑阀控液压为伺服阀控液压缸／马达的连接。设管路动态变化和流量、压力损失可略去不计。即有Q1=Qa，Qb=Q2和p1=pa，pb=p2，应用液流连续性原理，有（10-18）外伸回程

第19页：流量方程的简化

简化后可得(10-19)如果将活塞外伸定为正，那么，上述公式可用方程式表达，即（10-20）

第20页：执行元件的方程组

液压缸液压马达对执行元件，可得到一组方程如下：（10-21）

第21页：变量泵控定量液压马达系统

2.变量泵控定量液压马达系统图10.12变量泵控定量液压马达图10.12为变量泵控定量液压马达系统。设该系统为线性流量损失特性，将油的压缩性计入液压马达进出油腔容积V里，那么其液流连续性方程可写成可得（10-22）可得(10-23)

第22页：液压马达的转矩方程

假设补充油液泵Qm恒定，与溢流阀设定压力pb无关，用来补偿回路流量泄漏，并设p2=pb，有(10-24)考虑液压马达和负载惯量引起的动态影响，并将非线性摩擦部分集中计入到负载转矩，液压马达的转矩方程有(10-25)

第23页：突然加载转矩下的动态响应

图10.13变量泵控定量液压马达在突然加载转矩下的动态响应如果负载惯量为0.05kgm2，通过计算机仿真，变量泵控定量液压马达系统在突然加载转矩下的动态响应如图10.13所示。补液泵压力为1MPa，突然加载转矩等效于液压马达上加以5MPa压力差而产生的转速降。

第24页：第十章本章小结

【本章小结】本章简单的介绍了液压元件及系统建模的一些方法，仅供学习参考。