控制系統(tǒng)仿真技術(shù)

1、鎖模系統(tǒng)的動態(tài)特性的研1增壓器的原理圖1示油由進(jìn)油口進(jìn)入左腔推動塞工進(jìn)右腔油流回油箱, 高壓腔的高壓油通過高壓單閥緊缸。當(dāng)活塞行程到一定位移時(shí)換向機(jī)構(gòu)換向, 鎖模系統(tǒng)的動態(tài)特性的研1增壓器的原理圖1示油由進(jìn)油口進(jìn)入左腔推動塞工進(jìn)右腔油流回油箱, 高壓腔的高壓油通過高壓單閥緊缸。當(dāng)活塞行程到一定位移時(shí)換向機(jī)構(gòu)換向, 使左腔、腔、高壓腔接此時(shí)的增壓器相當(dāng)于差動推動活塞回程當(dāng)塞回程至一定位移后觸發(fā)換向機(jī)構(gòu)使活塞開始工進(jìn),活塞不斷反復(fù)動油不斷的被壓入壓緊缸561234自動換向增壓器的物2V13V24V3562建立數(shù)學(xué)模型前先對連續(xù)擠壓機(jī)的鎖系統(tǒng)進(jìn)行簡壓緊缸為壓強(qiáng)和力的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu), 考慮到其在工作過程中有

2、一定的泄所以將其簡化成節(jié)流閥。簡化系統(tǒng)原理圖如2所示M圖2鎖系統(tǒng)原理簡根據(jù)2建立數(shù)學(xué)模型前先對連續(xù)擠壓機(jī)的鎖系統(tǒng)進(jìn)行簡壓緊缸為壓強(qiáng)和力的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu), 考慮到其在工作過程中有一定的泄所以將其簡化成節(jié)流閥。簡化系統(tǒng)原理圖如2所示M圖2鎖系統(tǒng)原理簡根據(jù)上面的鎖模機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的原理簡圖可列出工進(jìn)時(shí)塞的運(yùn)動微分方程p1A1 p2A2 p3A3 mx Bx 式中p1p2p3 左腔、右腔、高壓腔的壓A1 A2 、A3 左腔、右腔、高壓腔端面面B活塞的黏性阻尼系數(shù)m活塞的質(zhì)量為活塞的A1 A2 、A3 左腔、右腔、高壓腔端面面B活塞的黏性阻尼系數(shù)m活塞的質(zhì)量為活塞的庫侖摩擦N根據(jù)流量連續(xù)性活塞q1 q4 A1 xC

3、1q2 A2 x-C2 增壓器左腔有。.增壓器右腔有。q3 A3 x-C3 增壓器高壓腔有q1 q2 q3 q4分別為流入左腔、右腔、高壓腔和泄漏的流C1C2 分別為左腔、右腔、高壓腔的液容2.1 時(shí)變非線及約束條在本文研究的系統(tǒng)中, 影響系統(tǒng)動態(tài)特性的非線主要有增壓器的進(jìn)油腔和高壓腔的兩腔時(shí)變液容、控制活塞運(yùn)動所受的摩擦力。應(yīng)對其單獨(dú)做出準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)描2.2由于活塞的運(yùn)動,使左腔、右腔、高壓腔的體積發(fā)生變化, 增器的高壓腔輸出壓力壓所以必須考慮液容變化對增壓器輸出的影響C1V1C2V2-A2C3 V3式中C1、C2 、C3 分別缸左腔和右腔C2V2-A2C3 V3式中C1、C2 、C3 分別缸

4、左腔和右腔和高壓腔的液容V1 V2 分別缸左腔和右腔的容積高壓腔包括單向閥芯彈簧腔以及高壓軟管容積K為油液體積彈性模量2.3 運(yùn)動活塞所受的庫倫摩擦庫侖摩擦力也是動態(tài)仿真中一個(gè)不易準(zhǔn)確確定的軟參數(shù)。其許多影有關(guān)運(yùn)所受法向作用力的大小, 摩擦面的潤滑狀態(tài)對運(yùn)的材料等。在低速范圍內(nèi)摩擦系數(shù)f運(yùn)動v升高而降低如圖3a示。通常運(yùn)速度不零時(shí),為簡化理論分析常利用圖3b示的庫倫摩擦特性圖線來 達(dá)式為（當(dāng)（當(dāng)F F靜 F-/F（當(dāng)）靜靜fv3一個(gè)合理的值往往要通過實(shí)驗(yàn)來求得。在本例中,考慮活塞的平衡 , 因?yàn)樗冀K與v3一個(gè)合理的值往往要通過實(shí)驗(yàn)來求得。在本例中,考慮活塞的平衡 , 因?yàn)樗冀K與運(yùn)動方 向有

5、關(guān)且相反, 本例中取F 。2.4 本系統(tǒng)需設(shè)置的約束給予考慮, 這樣的數(shù)學(xué)模型不能代表所要研究的系統(tǒng), 用這樣的型進(jìn)行仿真計(jì)算, 就要出現(xiàn)錯(cuò)誤。需在仿真計(jì)算程序中附加一些約條件或給予一定的補(bǔ)償, 本例溢流閥閥心位移 x1 0時(shí)，令x1增壓過程中的系統(tǒng)的狀態(tài)方FF v00f.A p/I-A2R v /I-x /C IS .A p/I-A2R v /I-x /C IS 0 0 e. 1. 2p1/-p1/R1 A1vK/V1 p2/R2 -A2vK/V2 -A22p3 q-p3/R3 -A3vK/V3 x vpA -p A -p A -F 式中R0 R 2 R3 分別為溢流閥泄漏液阻、增壓器的泄漏

6、液V1 、V分別為溢流閥閥芯, 增壓器活塞的運(yùn)動速x、x1 分別為活塞和溢流閥閥芯的運(yùn)動位移I溢流閥芯質(zhì)量3系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)增壓器在使用過程中主要作用是增壓和保壓3系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)增壓器在使用過程中主要作用是增壓和保壓的作用，因?yàn)樵鰤旱挠吐方Y(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，數(shù)學(xué)建模得到的數(shù)學(xué)模型解起來，至無解，因此在進(jìn)行數(shù)學(xué)建模之前應(yīng)該對其進(jìn)行一定的簡化。簡自動換向增壓器物理簡化模123.進(jìn)油腔（左腔）453.2 增壓器增壓的數(shù)學(xué)模型及簡增壓器在增壓過程中，主要是負(fù)責(zé)向鎖緊缸內(nèi)油壓力比較低。增壓器處于工進(jìn)狀態(tài)時(shí)有左腔被封閉，與的套腔有泄漏。右腔與回油腔，低壓單向閥處于關(guān)閉狀態(tài)。單向閥被打開，高油流入工作區(qū)域，此時(shí)的溢流閥

7、為狀態(tài)，變量泵相當(dāng)于一個(gè)恒流源。 左腔、右腔、高壓腔的有效面積為如5所示狀態(tài)，變量泵相當(dāng)于一個(gè)恒流源。 左腔、右腔、高壓腔的有效面積為如5所示A D d /21A D d /22A 2d /32式中D1-活塞的直徑，取參數(shù)為 d1 -左腔內(nèi)活塞桿的直徑，取參數(shù)為 A3 8.04104A 6.89103A 7.05103,。12液體是可壓縮的。隨著壓力的增加，液體的容積就減少。它簧一樣，受壓而縮小,失壓而膨脹。液體中還不可避免的混有氣這些滲入的氣體又往往以小氣泡的形式懸浮于液體中。當(dāng)受壓時(shí)，氣泡體積減小。氣體體積變化的程度遠(yuǎn)過于液體。另外壓管道等一切液體容積都是彈性體，油壓增加，容器變大。當(dāng)壓高

8、后就必須有一部分流量來補(bǔ)償液體的壓縮量及容器的膨脹量。液體等效容積彈性模數(shù)來表示容器中油液的容積變化率與壓力增量之液體等效容積彈性模數(shù)來表示容器中油液的容積變化率與壓力增量之間的關(guān)系，其關(guān)系可寫PKV 式中容器中的壓力增長量V液體容積的V容器中液體的初始容積等效容積彈性模數(shù)是一個(gè)綜合參數(shù)，因此也是一個(gè)難于確定的參數(shù)在一般計(jì)算中取如果流量用容積變化量來表示Q A A液體流過的截面式體積、容器本身的體積變化、以及由于液體密度變化而引起的液體積變化等相平衡在本文研究的系統(tǒng)中，影響增壓器動態(tài)特性的右腔、右腔、腔的液容、都是非線性的，應(yīng)對其單獨(dú)做出準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)描述C1V1A1x/K C2V2-A2x/K

9、C3 V3 -A3式中C1、C2、分別為左腔、右腔、高壓腔的液容V1 、V2 、增壓器的左腔、右腔、高壓腔的容積為油液體積彈性模量活塞移動的位移，設(shè)活塞移動的最左端為零增壓過程中增壓器的左腔（進(jìn)油腔、右腔（回油腔、高壓腔流量連續(xù)性方程及活塞活塞移動的位移，設(shè)活塞移動的最左端為零增壓過程中增壓器的左腔（進(jìn)油腔、右腔（回油腔、高壓腔流量連續(xù)性方程及活塞的運(yùn)動方程q A dx 1q A dx 2q A dx 3p A p p m d2x 式中p1、p2 、分別為左腔、右腔、高壓腔的壓力-流入左腔的流量q2 -流出右腔的流量流出高壓腔的流量運(yùn)動部分的質(zhì)量，這里取參B-黏性阻尼系數(shù)f- 運(yùn)動部分所受的摩

10、擦阻力油由右腔a流到回油腔b口進(jìn)行簡化，簡化成細(xì)孔油路，根據(jù)細(xì)長孔流量公式則有d p 4q2 0128P2 q2 式中右腔到回油腔中間油路的液阻p左腔的壓力回油腔內(nèi)的壓力L1abp左腔的壓力回油腔內(nèi)的壓力L1ab的長度細(xì)長孔直徑高壓腔與高壓軟管連結(jié)，增時(shí)壓時(shí)高壓單向閥處于打開狀態(tài)，略瞬態(tài)液動力和穩(wěn)態(tài)液動力對單向閥的影響，此時(shí)的單向閥相當(dāng)個(gè)液阻，由于單向閥液阻相對鎖緊缸的液阻相比可以忽略不計(jì)，則P3 q3式中R3 -增壓器的輸出液R31.47106Pas補(bǔ)償液體的壓縮量和管道等的膨脹量。泄漏是缸的高壓腔漏低壓腔的內(nèi)漏，其內(nèi)漏量取決于兩腔的壓力差及內(nèi)泄漏系數(shù),增壓活塞與缸體都有密封圈其泄漏按零進(jìn)行

11、分析，此泄漏換向閥與活塞桿處的同心圓環(huán)縫隙間的泄漏30 .因此，可以寫出量方程為q4 p1式中增壓器泄漏，即閥套與活塞桿間的泄漏泵為恒流源則有q q1 式中q泵的輸出流量由增壓工進(jìn)時(shí)的數(shù)學(xué)模dxV1A1x qR1K4dx V2 A2 xR 2K2dxV3 由增壓工進(jìn)時(shí)的數(shù)學(xué)模dxV1A1x qR1K4dx V2 A2 xR 2K2dxV3 A3 x 3RKp1A1 p2A2 p3A3 m dt2 活塞回程時(shí)有閥套使孔 a、b、c、d、e，所以有左腔和右腔通油進(jìn)入右腔，高壓腔的油壓降低高壓單向閥被迅速關(guān)閉，低單向閥被打開，因增壓器的左腔、右腔、高壓腔的流量連續(xù)方程及活塞的運(yùn)動方Q R1 A dx

12、 1 A dx 222p A p p m d2xdt式中p1 、p2 、分別為左腔、右腔、高壓腔的壓力-流入左腔的流量q流入右腔的流量q流入高壓腔的流量油從左腔到右腔簡化成細(xì)長孔流量，根據(jù)細(xì)長考流量公式有d p 4p12822411282油從左腔到高壓腔簡化成細(xì)長孔油從左腔到右腔簡化成細(xì)長孔流量，根據(jù)細(xì)長考流量公式有d p 4p12822411282油從左腔到高壓腔簡化成細(xì)長孔流量，根據(jù)細(xì)長考流量公則 d p 412833411283式中R左腔到右腔的液阻R從左腔到高壓腔的液從左腔到右腔的細(xì)長孔長度從左腔到高壓腔的細(xì)長孔長度數(shù)學(xué)方程 A dx 231V A q2 A2 KV A q3 A3 K

13、p A p A p A md2x 系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿系統(tǒng)的原理圖油于整個(gè)連續(xù)擠壓機(jī)系統(tǒng)非常復(fù)雜，其原理在后文將詳介紹，本節(jié)重點(diǎn)研究增壓器的動態(tài)特性系統(tǒng)的影響，系統(tǒng)工系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿系統(tǒng)的原理圖油于整個(gè)連續(xù)擠壓機(jī)系統(tǒng)非常復(fù)雜，其原理在后文將詳介紹，本節(jié)重點(diǎn)研究增壓器的動態(tài)特性系統(tǒng)的影響，系統(tǒng)工作過程中，電磁換向閥和順序閥在這里可以擬化成一個(gè)液阻件，所以將其原理圖進(jìn)行簡化，簡化后的原理圖如 2 所示在進(jìn)行一系統(tǒng)的動態(tài)特性仿真時(shí)，需要對系統(tǒng)的各個(gè)元在動態(tài)過程中建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。連續(xù)擠壓機(jī)泵的泄漏液阻；可根據(jù)泵的額定壓力、額定流量以及泵的容積效率算1klQle13本例中溢流閥的數(shù)學(xué)模型-x11/C0 IA

14、p/I-A R P210 12Cddmx1121溢式中Cd 閥口流量系數(shù) 油液的密度x11 x1閥芯開度dm 閥座平均直徑 由溢流閥的數(shù)學(xué)溢流閥的仿真模 由溢流閥的數(shù)學(xué)溢流閥的仿真模型6所示，設(shè)定溢閥的調(diào)定壓力經(jīng)過仿真后得到如7為了避免不必要的細(xì)化而造成模型過于煩索，對一些元件做了化忽略油泵的輸出脈動，因?yàn)樗拿}動頻率比整忽略油泵的輸出脈動，因?yàn)樗拿}動頻率比整個(gè)系統(tǒng)的頻率得多，可以認(rèn)為油泵是恒流源將單向閥看作是一個(gè)簡單的阻元，正向時(shí)其阻值為一定值，向時(shí)為無窮大。而實(shí)際的單向閥可以詳細(xì)地看作是一個(gè)彈簧質(zhì)量統(tǒng)，在這里忽略了單向閥的開起特性鑒于在穩(wěn)定工作時(shí)油液的流速很慢，而且系統(tǒng)中流量不大，以忽略

15、油液的慣性力對系統(tǒng)的影響，可以減少狀態(tài)方程的階數(shù)由于活塞的移動使各容腔的體積發(fā)生變化，容腔的液容將相發(fā)生變化，這里的液容是時(shí)變液容油液的粘性阻力是與運(yùn)動速度成正比的，而增壓器中運(yùn)的速度比較小，因此忽略油液粘性阻力，只考慮庫侖摩擦因?yàn)橄到y(tǒng)中的油壓較高，油的流速較慢，活塞以及換向閥的體質(zhì)量較大，所以在換向閥處油液的液動力相對較小，故忽略不計(jì)由方程(3.22)和以上并進(jìn)行線性增壓器工進(jìn)的數(shù)學(xué)模為v1 A p /I-A R v /I-/C IS20 v1 A p /I-A R v /I-/C IS20 0 eq溢 2P1/q Sf qp q-1p2 p2/R2 -A2vK/V2 -A2x p3p3/R

16、c2 -A3vK/V3 v-p2 A2 p3A3 F/系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真模模型如1根據(jù)該數(shù)學(xué)模8所示參數(shù)的確定Cd10-4 m10 m 10Cd10-4 m10 m 10-3 mA3 8.0410 m V1 5.0010-4V2 3.4210-4V3 9.8010-5SeSf L/s(階躍信3.9210 R4.07 10R1.67 10R3 4.3010 dm =0.014m3.4仿真結(jié)果分1.經(jīng)過對上述分析的狀態(tài)方程的推導(dǎo)，利/的仿真功能得到了溢3.4仿真結(jié)果分1.經(jīng)過對上述分析的狀態(tài)方程的推導(dǎo)，利/的仿真功能得到了溢流閥的流量曲線圖，經(jīng)過與原文相對發(fā)現(xiàn)溢流閥與其結(jié)果的曲線形狀是相同的。間接地

17、證了的狀態(tài)方程的推導(dǎo)以及建立的仿真模型是正確的2. 而對于增壓器模型來說，其模型具有很高的復(fù)雜性，其封裝環(huán)比較多，反饋環(huán)節(jié)也比較多，在利/仿的過程中出現(xiàn)了代數(shù)環(huán)的現(xiàn)象。多次的推導(dǎo)和驗(yàn)證一致認(rèn)和原文所建立的模型是正確的。但是由于代環(huán)沒有解決，以致仿真結(jié)果沒有得出4通過這近一學(xué)期對控制系統(tǒng)仿真這門課的學(xué)習(xí)，使我在狀態(tài)方推導(dǎo)以及功率鍵合圖的推導(dǎo)與繪制方面4通過這近一學(xué)期對控制系統(tǒng)仿真這門課的學(xué)習(xí)，使我在狀態(tài)方推導(dǎo)以及功率鍵合圖的推導(dǎo)與繪制方面有了全新的認(rèn)識和更深一的理解，同時(shí)在龍格庫塔算法上也有了進(jìn)一步的提高。在最后的這控制系統(tǒng)仿真的大作業(yè)中學(xué)會的基本功能，別是對中有一個(gè)狀態(tài)方就能利/的功能將其仿型給建立出來，并得到其所需要的曲線最后，感謝老師一個(gè)學(xué)期以來在課堂上授課，通過一期的學(xué)不僅學(xué)會了用功率鍵合圖這種直觀、簡便的方法去來個(gè)初步的驗(yàn)證，這不僅節(jié)約了科研成本和時(shí)間，提高了效率，