電液位置伺服控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型研究.pdf

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1、第1期(總第131期)機械管理開發(fā)2013年2月No．1(SUMNo．131)MECHANICALMANAGEMENTANDDEVEL0PMENTFeb．2013電液位置伺服控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型研究徐國強(華晉焦煤有限責任公司，山西太原030001)摘要：電液控制系統(tǒng)具有非線性與參數(shù)不確定性，從控制理論推導出閥控對稱缸的傳遞函數(shù)模型，為電液控制系統(tǒng)參數(shù)設計提供了依據(jù)。關鍵詞：電液系統(tǒng)；傳遞函數(shù)；控制理論；模型中圖分類號：TP273文獻標識碼：A文章編號：1003—773X(2013)01—0033—0

2、30引言本文均以四通零開VJ滑閥為研究對象。在液壓伺服系電液控制系統(tǒng)影響因素復雜，不能用精確模型來統(tǒng)中n，控制滑閥的負載流量Q是負載壓力P及閥芯描述其所有特性，所以，在控制系統(tǒng)的分析和設計中，往位移z的函數(shù)，即Q，=廠(z，P)該函數(shù)是非線性的。往采用簡化模型。因此，在所有基于模型的液壓控制具有匹配和對稱節(jié)流窗口的理想零開口四邊滑閥的穩(wěn)系統(tǒng)當中都幾乎不可避免地存在未建模動態(tài)。推導液態(tài)特性方程為：壓動力元件系統(tǒng)方程時作如下假設：零開口四邊滑閥————■一QLCdWx一的四個節(jié)流窗口匹配和對稱；供油壓力恒

3、定；對閥的流、向)．(4)量方程進行線性化；忽略管道中的壓力損失和管道動則可用小位移線性化方法將式Q廠(，P)線性態(tài)；油溫和體積彈性模量為常數(shù)；不考慮庫倫摩擦等?；ＴO在某工作點(z∞，P抑)的負載流量是Q，。，即：由于上述因素的存在，建立精確的數(shù)學模型是很困難Qi．o=：廠(們，Pro)，=z∞+△z，Pl=Pzo+△的，只能建立一個近似的數(shù)學模型。在建模時，要作合則：QL廠(z，p)廠(z砷+△z，戶加+△戶)．理的近似處理，要忽略對象中的不確定因素，例如參數(shù)將式按臺勞級數(shù)展開，假定工作點為零點：

4、誤差，未建模動態(tài)、測量噪聲及不確定的外干擾等。38∞==QLo=0．本文從電液位置伺服系統(tǒng)的基本原理出發(fā)，推導則輸出流量變化為：出電液位置伺服系統(tǒng)的微分方程與傳遞函數(shù)，為電液位置伺服系統(tǒng)的設計提供了依據(jù)。=+等0(5)1電液伺服閥的非線性特性及線性化分析為分析方便起見，認為位置伺服系統(tǒng)是在零位條1．1通過對非線性微分方程線性化可以獲得線性件下工作的，用變量本身表示它們從初始條件下的變模型化量。且定義流量增益及流量一壓力放大系數(shù)分別為設有如下形式的非線性表述：KQ=；一x(t)=廠(z(￡))．(1)式

5、中：廠(·)是圍繞平衡點∞的解析函數(shù)，即：則輸出流量為：f(x們)=0。如果x(to)=x∞，那么對于所有≥to，QL=Kox一KCP一n—————一z()=∞+。以表示相對∞的小偏差量。考慮系——C,lWxf{(-p)(6)統(tǒng)在(f)=∞+的性質(zhì)：()：()=廠(z∞+x)=cwJl(P,-PI)x一—(2)式中：Q為負載流量，m。s；Ko為滑閥的流量增益；(z∞)+()：(￡)+H．為滑閥的流量一壓力放大系數(shù)；z為滑閥閥芯相對式(2)中：日表示高階項，包括()／21，()／31，?及中立位置的位移

6、，m；P為負載壓差，N／m；P為系．廠對z在z點估計值的高階偏差量。當lI一0時，統(tǒng)供油壓力，N／m；Ca為控制窗口處的流量系數(shù)；P高階項的影響忽略，動態(tài)方程可用下式近似表示為：為油液密度，Kg／m。；W為滑閥的面積梯度(開口周()=A()．(3)邊總長)，in．f1．2傳遞函數(shù)的簡化式中：A=()：，這時近似為一個線性系統(tǒng)。電液伺服閥是液壓控制系統(tǒng)的核心元件，其壓伺服系統(tǒng)中四通零開口滑閥得到最廣泛應用，故收稿日期：2012—08—13作者簡介：徐國強(1972一)，男，山西太原人，工程師，碩士，從事

7、機電專業(yè)工作?！?3·第1期(總第131期)機械管理開發(fā)2013年2月力一流量特性是非線性的。伺服閥通常以電流為輸m／N·S；為有效體積彈性模量，N／m；z為液壓入?yún)⒘?，以空載流量Q。：KQX作輸出流量。在大多缸活塞位移，m；vo為進油腔的初始容積，m。；Vo為數(shù)電液伺服系統(tǒng)中，伺服閥的動態(tài)響應往往高于動力回油腔的初始容積，m。；P為進油腔的壓力，N／m；元件的動態(tài)響應。為了簡化系統(tǒng)傳遞函數(shù)，一般用P為回油腔的壓力，N／m。二階振蕩環(huán)節(jié)來表示，此時伺服閥的傳遞函數(shù)可表液壓缸總壓縮容積為，是活塞在中間位

8、置示為：時每一個工作腔的容積。由于A。Xp<