基于AMESim的液壓伺服系統(tǒng)仿真研究

龍澤明，王君龍，張寶軍，張紅巖

（佳木斯大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，黑龍江佳木斯 154007）

0 引言

通常，液壓伺服系統(tǒng)應(yīng)用在重載荷的情況下，其液壓泵的轉(zhuǎn)速受系統(tǒng)和泄漏等方面的影響很難得到控制。而要得到精確的位移位置，則大多采用電機(jī)系統(tǒng)代替液壓系統(tǒng)，不過電機(jī)系統(tǒng)本身的承載能力很小，所以對液壓系統(tǒng)的設(shè)計及控制與液壓泵位移（角位移）之間的關(guān)系很重要。

1 液壓伺服系統(tǒng)

本文介紹的液壓伺服驅(qū)動系統(tǒng)主要由液壓比例調(diào)速閥、液壓比例調(diào)壓閥以及換向閥三個控制元件組成（如圖1）。單片機(jī)控制器向液壓伺服系統(tǒng)發(fā)出控制信號，向電液比例壓力閥4 發(fā)出電流信號，以電流的大小控制電液比例壓力閥4 輸出壓力的大小，起到控制液壓馬達(dá)7 輸出扭矩的作用；根據(jù)單片機(jī)控制器接收到的反饋電壓信號的變化率向電液比例調(diào)速閥9 發(fā)出電流信號，以電流的大小控制電液比例調(diào)速閥9 輸出流量的大小，起到控制液壓馬達(dá)7 轉(zhuǎn)速的作用?？刂齐姶艙Q向閥6 的閥芯位置，起到控制液壓馬達(dá)7 轉(zhuǎn)向和啟停的作用。從而完成對液壓伺服系統(tǒng)的控制。

圖1 液壓伺服系統(tǒng)

2 AMESim 軟件介紹

AMESim 是法國IMAGINE 公司于1995 年推出的專門用于液壓/機(jī)械系統(tǒng)的建模、仿真及動力學(xué)分析的軟件，該軟件包含了IMAGINE 的專門技術(shù)并為工程設(shè)計提供交互能力。MESim為流體動力（流體及氣體）、機(jī)械、熱流體和控制系統(tǒng)提供一個完善、優(yōu)越的仿真環(huán)境及最靈活的解決方案，使用戶能夠借助其友好的、面向?qū)嶋H應(yīng)用的方案，研究任何元件或回路的動力學(xué)特性。還可以通過模型庫的概念來實現(xiàn)，而模型庫可通過客戶化來不斷升級和改進(jìn)。AMESim 在航空航天工業(yè)汽車制造和傳統(tǒng)液壓行業(yè)等領(lǐng)域已得到了廣泛的應(yīng)用。

3 AMEsim 仿真

根據(jù)液壓伺服系統(tǒng)的原理圖，基于AMEsim 仿真軟件，可得到如圖2 的仿真模型。

圖2 AMESim 仿真模型

泵的轉(zhuǎn)速1 450 r/min，排量為10 mL/r；泵用電機(jī)轉(zhuǎn)速1 400 r/min；溢流閥的調(diào)整壓力為10 MPa；電液伺服閥各通路的流量為28.4 r/min，阻尼比取0.7，閥芯固有頻率為135 Hz，閥壓降1 MPa；速度傳感器的增益為0.01 r/min；信號放大器3 的增益設(shè)置為0.01；信號放大器4 的增益設(shè)置為40；馬達(dá)的排量為27 r/min；負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量為0.3；階躍信號1 設(shè)置為12，則通過信號到力矩的轉(zhuǎn)換，就可以得到外加力矩12 N·m；將分段線性信號源2 設(shè)置為在0～0.5 s 內(nèi)從0 變化到400，在0.5 s 之后保持400 不變；將分段線性信號源5 設(shè)置為在0～0.5 s 內(nèi)從0 變化到200，在0.5 s 之后保持200 不變；其他參數(shù)設(shè)置為默認(rèn)值。

仿真結(jié)果如圖3 所示，仿真時間為6s，即一個周期。

圖3 k4=40 負(fù)載速度曲線圖

圖4 負(fù)載液壓方向輸入轉(zhuǎn)矩

4 結(jié)論

（1）連接電磁換向閥的信號發(fā)生變化，對液壓油的流量也有一定的影響，信號值給定越大，油的流量也就越大，因此應(yīng)根據(jù)需要適當(dāng)調(diào)節(jié)連接各個換向閥的分段線性信號。

（2）由仿真結(jié)果可知，系統(tǒng)對輸入信號在可控范圍內(nèi)信號越大響應(yīng)速度越快，誤差越小。對于電液伺服速度來說，應(yīng)該在保證誤差的前提下，盡量提高響應(yīng)的快速性。

（3）輸入的線性階躍信號的調(diào)整時間為0.5s，0.5s 后信號為恒定信號，但系統(tǒng)沒有立刻達(dá)到平衡狀態(tài)，說明液壓系統(tǒng)有滯后現(xiàn)象，所以時間參數(shù)要適當(dāng)?shù)卦O(shè)置。

（4）電磁溢流閥在0.5s 前調(diào)壓是比例調(diào)壓，如果我們設(shè)定恰當(dāng)?shù)膮?shù)，就可以按比例調(diào)系統(tǒng)壓力。