阀控液压马达速度伺服系统仿真分析

1、阀控液压马达速度伺服系统仿真分析引言 阀控液压马达速度伺服系统的负载具有较大的惯性和很小的阻尼，其传递函数常可近似由一对实部为零的极点组成，并有很低的动态响应，由于负载处在系统的闭环之中，所以它对阀控液压马达的动态品质有很大的影响。此外，系统的负载常是可变的，系统设计只能针对一种特定负载，负载一旦改变，系统的动态品质就会变坏，有时甚至失去稳定性，严重的影响了伺服系统的跟踪性能。本文主要针对干扰力矩对系统的影响，利用结构不变性原理，消除干扰力矩对系统的影响，同时利用PID控制理论来提高系统的动态性能。1 阀控液压马达速度伺服系统模型建立 阀控液压马达速度伺服系统的结构如图1所示。 液压马达的力矩

2、方程为： （1）负载流量方程为： （2）伺服阀的线性流量方程为： （3）电液伺服阀近似看成二阶振荡环节： （4）伺服放大器输出电流I与输入电压Ue近似成正比，其传递函数可用伺服放大器增益Ka表示： 但通常的速度控制系统采用积分放大器，对原系统加以校正才能稳定工作。校正后的积分放大器增益Ka表示为： 测速机速度传感器（测速机）的数学模型为： 在上述公式中：为电液伺服阀阀芯位移；i为电液伺服阀输入电流；分别为电液伺服阀的增益、阻尼系数和固有频率；为马达排量；为马达的负载流量；为流量增益系数；为流量一压力系数；只为供油压力；为负载压力；为马达转速；为从油液有效体积弹性模数；V为马达的总容积；为折算到

3、马达输出轴上的转动惯量；为外干扰力矩；为马达泄露系数；为粘性阻尼系数；G为扭簧梯度。Ue为积分放大器额定电压，；Ka为积分放大器增益。为传感器电压；为速度传感器增益。2 电液速度控制系统原理首先给出阀控液压马达速度控制系统的实际物理模型：如图所示，该系统由伺服放大器、电液伺服阀、液压马达、测速电动机等组成。测速电机轴与负载机轴相联，用于检测负载轴的速度，检测到的速度信号与指令信号差（误差信号）经伺服放大器进行功率放大，产生的电流用来控制电液伺服阀的阀芯位置，电液伺服阀输出压力油驱动液压马达及负载旋转。根据所建立的物理模型，可以建立相对应的闭环控制系统原理的方框图： 仿真系统动态方块图根据所给出

4、的系统原理方框图以及所求得的各环节数学模型，可以得出仿真系统经过积分环节校正后的系统动态方块图如下：3 问题描述现有一阀控液压伺服速度控制系统，其原理图如图1，考虑伺服阀的动态，伺服参数为：=3060e-6,=600,=0.5,液压缸的参数为=1.25e6，=388，=0.94，放大器增益=0.05，试用simulink对该系统进行动态分析，并比较校正前后系统稳定性，分析校正前后的变化。4 解题步骤（1）根据给定的参数，利用simulink对该系统进行未加积分环节校正的系统建模，如下图所示： 未校正系统的simulink模型（2）绘制未校正系统的伯德图。Matlab程序如下：clear all

5、;clc;Wsv=600;zuni1=0.5;Ksv=3060e-6;Ka=0.05;i=3;Kf=0.175;Wh=388;zuni2=0.94;Kh=1.25e6;sys=tf(Ka*Ksv*i*Kf*Kh,conv(1/Wsv2 2*zuni1/Wsv 1,1/Wh2 2*zuni2/Wh 1);Figure;margin(sys);grid;分析bode图： 从图可看出系统的稳定裕量（Gm=-32.6dB,Pm=-128）为负，可以断定其闭环系统是不稳定的。及时K0值调很低，对数幅频特性曲线也是以-80dB/dec或-40dB/dec的斜率穿过零分贝线，系统的相位裕量和幅值裕量都趋于负

6、值，使系统不稳定。为了使系统有一定的稳定裕度量，必须加校正环节。在速度控制系统中，可以用运算放大器组成积分放大器代替原来的放大器。积分放大器如下图所示： 积分放大器其传递函数为：其中，Ka=0.05。加了校正之后的系统仿真方框图如下： 校正后速度控制系统的仿真框图矫正后的MATLAB程序：clear all;clc;Wsv=600;zuni1=0.5;Ksv=3060e-6;Ka=0.05;i=3;Kf=0.175;Wh=388;zuni2=0.94;Kh=1.25e6;sys=tf(Ka*Ksv*Kh,conv(1/Wsv2 2*zuni1/Wsv 1 0,1/Wh2 2*zuni2/Wh 1);figure;margin(sys);grid;从伯德图看出校正后的系统穿越频率下降到247 rad/s,Gm=4.09dB,Pm=26.7deg,可看出系统有