电液速度控制系统

1、电液速度控制系统【摘要】对电液速度控制系统的各个环节进行了数学模型的建立, 并应用MATLAB/simulink,对电液速度控制系统进行了仿真分析，得 出了系统的变化特性【关键词】电液速度控制，数学模型，仿真引言电液速度控制是一门新兴的科学技术，它不但是液压技术的一个 重要分支，而且也是控制领域中的一个重要组成部分，是机电液数字 控制技术的有机结合，因此在工业中得到了广泛的应用。如机床的进 给装置，采煤机整机功率控制、大炮炮塔、多自由度转台和大型雷达 天线的跟踪姿态控制等。1系统组成电液控制系统的基本元件包括电磁阀、电液开关控制阀、光电耦 合器、功率放大器、电一机械转换器、普通电液伺服阀（频宽

2、数十赫）、 高频电液伺服阀（国内产品400赫）、电液比例流量阀、电液比例压 力阀、电液比例方向阀、电液复合阀、电液比例泵、电液通断控制阀、 电液数字阀、电液数字缸、电液数字泵等。工程实际中的电液控制系 统，虽然功能和结构各不相同，但其基本构成是一样的。系统的指令 及放大单元多采用电子设备。电一机械转换器往往是动圈式或动铁式 电磁元件和伺服电机、步进电机等。液压转换及放大器件可以是各类 开关式，伺服式和比例式器件实际上是一功率放大单元。液压执行元 件通常是液压缸和液压马达，其输出参数只能是位移、速度、加速度 和力或者转角、角速度、角加速度和转矩。测量和反馈器件是将上述 执行元件输出的动力参数或者

3、其它中间状态变量加以检测并转换为 反馈量，既可以采用电信号反馈至指令放大器，亦可以采用机械或液 压方式反馈至电一机械转换器的输出端。2电液速度控制系统的原理图1系统的工作原理图电液速度控制系统的输出量是液压马达的角速度，用来驱动负载 工作，同时其角速度通过速度传感器（如测速发电机等）反馈给输人端, 与给定速度信号电压相比较后所产生的偏差电压被积分放大器放大 为电流信号。然后驱动伺服阀输出流量控制液压马达的角速度，从而 实现对负载的控制。3系统各环节的数学模型3.1积分放大器的数学模型积分放大器的数学模型为A I _ Ka Ue _ V式中，Ue:积分放大器的额定电压，V； K& :积分放大器的

4、增益，A/Vo3.2速度传感器的数学模型速度传感器的数学模型为uf0 =KfV式中，Uf :传感器电压，V； Kfv：速度传感器的增益，(V*s) / rad33伺服阀的数学模型伺服阀的流量增益为qomKsv =In式中，Ksv :伺服阀的流量增益,m3(s如；伺服阀的空载流量,m3/s；In：伺服阀的额定电流，Ao伺服阀的传递函数为QoKsvHM+i + s 冬o)sv2 a)sv式中，Qo伺服阀的流量，m3 / s ； A I：电流增量，A； o)sv:伺服阀的固有频率. rad / s； gsv：伺服阀的阻尼比。3- 4液压马达负载的数学模型负载总惯量为J1=Jm +J1式中，JL负载总

5、惯量，kg-m2； Jm：液压马达的惯量，kg- m2 ；J1：负载的惯量，kg- m2o液压固有频率为a)h = 2 DmVI JI式中，u)h：液压固有频率，：r&d/s； Dm:液压马达的排量，m，/ r&d；Be：液压油的有效体积弹性模量，Pa； VI:压缩容积,m3。阻尼比式中，& h：阻尼比；Koo：阀的流量压力系数，m3/(s- Pa) o液压马达负载的传递函数为Ks式中，0 :液压马达负载的角速度；Ks:增益，m3/s-Ao4系统的动态结构图和仿真根据系统的工作原理结构图和所确定的数学模型，可画出系统的动态结构图，如图2所示将各具体参数代人上述结构图，化简后其系统的开环传递函数

6、为:Uf280Uc2 X 0.7 . 4 -680-+15电液速度控制系统的优化为使系统稳定，必须加入反馈环节。在这里，我们采用阶跃响 应ITAE准则寻优，其结构图如图3。8.6 x 1013Kas5 + m4s4 + m3s3 + m2s2 + mis + mOa4s4 + a3s3 + a2s2 + als + 1故闭环传递函数为4)(s)8.6 x 1013Kas5 + m4s4 + m3s3 + m2s2 + nils + mO式中,m4=l.l X 103 + 8.6 X 1013Kaa4 m3=6.5 x 10s + 8.6 x 1013Kaa3 m2=1.0 X IO8 + 8.

7、6 X 1013Kaa2 ml=9.7 x 1010 + 8.6 x 1013Kaal m0=8.6x 1013Ka对于五阶系统其阶跃响应ITAE准则最优形式为s5 + 2.8 u) ns4 + 5u)n2s3 + 5.5u)n3s2 + 3.4u)n4s + u)n5其标准化模型为u)ns巾-s5 + 2.8s4 + 5s3 + 5.5s2 + 3.4s + 1应用Mat lab仿真得调整时间为tso=7s,取给定调整时间为5 s.则有tsO 7o)n =-=1.4ts 5故五阶系统其阶跃晌应ITAE准则最优形式为“、1-450(s)= s5 2.8 x 1.4s4 + 5 X 1.42s3

8、 + 5.5 X 1.43s2 + 3.4 X 1.44s + 1.4s与3中的开环传递函数比较系数1.1 x 103 + 8.6 x 1013Kaa4 = 2.8 X 1.46.5 X 105 + 8.6 X 1013Kaa3 = 5 x 1.421.0 X 108 + 8.6 X 1013Kaa2 = 5.5 X 1.439.7 x 1O10 + 8.6 x IO* Kaal = 3.4 x 1.44 8.6 X 1013Ka= 1.4s解方程组得：Ka = 6.25x10T2a4 = -2.0 x 102a3 = -1.2 x 104a2 = -1.8 x 107al = -1.9 x

9、IO10优化后的传递函数为人人、_5.38巾-ss + 3.92s4 + 9.8s3 + 15.09s2 + 13.06s + 5.38编制Mat lab程序绘制其的零、极点分布图为：G=tf ( 5.38f 1 3.92 9.8 15.05 13.06 5.38);figure(1);pzmap(G);figure(2);rlocus(G);Pote-Zero r.fapSystem: GX-Pole-.0:806 乙 h748r -Damping: 0.733 Overshoot (%): 3.39 Frequency (rad/sec): 1.1-0.20-14).8-0.6-0.4Re

10、al Axis零、极点分布图中极点为：-0.800+0. 750j, -0.800-0. 750j, -1. 500+1. 800 i, -1.500-1. 800 i, -1. 25,分布较集中很难降到二阶。编制Mat lab程序绘制其的零、极点分布图，根轨迹分别为:编制Matlab程序分析其时域性能指标：sysl=tf (5.38, 1 3.92 9.8 15.05 13.06 5.38);step (sysl);num den=tfdata(syslz 1vT);finalvalue=polyval(num,0)/polyval(den, 0);y,x,t=step(num,den);y

11、, k =max (y);timeopeak=t(k);percentovershoot=100*(y-finalvalue)/finalvalue;运彳丁结果：f inalvalue=ltimeopeak=4.6022percentovershoot=2.1368其图像:8PD宣du/v6结束语通过阶跃响应ITAE准则寻优后，使原不稳定系统变为稳定系统， 且峰值时间为4.60s,最大超调量为2. 14%,调整时间为4. 8s是，系统 的稳定误差为0,其各项综合性能指标得到优化。【参考文献】李洪人.液压控制系统M.北京：国防工业出版社.1981.刘长年.液压伺服系统的分析与设计M.北京：科学出版社.1985.楼顺天.基于MATLAB的系统分析与设计M.西安：西安电子科