引言：
三級(jí)電液伺服閥包括先導(dǎo)閥、功率滑閥、位移傳感器和伺服控制器。筆者根據(jù)三級(jí)電液伺服閥的結(jié)構(gòu)原理, 運(yùn)用新型仿真軟件AMESim對(duì)其進(jìn)行建模, 依據(jù)國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的參數(shù)來(lái)設(shè)置模型的各項(xiàng)參數(shù)并進(jìn)行仿真, 根據(jù)仿真結(jié)果來(lái)驗(yàn)證所建模型的正確性, 從而為閥的結(jié)構(gòu)參數(shù)和控制器參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了條件。
摘要: 介紹三級(jí)電液伺服閥的結(jié)構(gòu)原理, 利用AMESim仿真軟件對(duì)三級(jí)電液伺服閥建模, 依據(jù)國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品設(shè)置模型的各項(xiàng)參數(shù)并進(jìn)行仿真, 仿真結(jié)果驗(yàn)證了建模的正確性, 從而為三級(jí)電液伺服閥結(jié)構(gòu)參數(shù)和控制參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了條件。
關(guān)鍵詞: 三級(jí)電液伺服閥; 模型; 仿真
三級(jí)電液伺服閥具有大流量和高響應(yīng)等特點(diǎn), 在六自由度運(yùn)動(dòng)模擬器、振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)和負(fù)載加載器等高性能設(shè)備上得到了廣泛的應(yīng)用。但三級(jí)電液伺服閥的關(guān)鍵技術(shù)目前還掌握在少數(shù)國(guó)外廠商手里, 如美國(guó)的MOOG公司和德國(guó)的REXROTH公司等, 其產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。國(guó)內(nèi)對(duì)三級(jí)電液伺服閥的研究目前還處在試驗(yàn)探索階段。雖然國(guó)內(nèi)也有少數(shù)廠家能生產(chǎn)三級(jí)電液伺服閥, 但閥的各項(xiàng)性能指標(biāo)都與進(jìn)口閥有差距。這主要是因?yàn)樵陂y的結(jié)構(gòu)參數(shù)和控制器參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)、材料性能、制造工藝和檢測(cè)手段等方面與國(guó)外廠商還有較大差距。國(guó)內(nèi)學(xué)者需要在這些方面進(jìn)行深入的研究, 從而掌握三級(jí)電液伺服閥的關(guān)鍵技術(shù)。
三級(jí)電液伺服閥包括先導(dǎo)閥、功率滑閥、位移傳感器和伺服控制器。筆者根據(jù)三級(jí)電液伺服閥的結(jié)構(gòu)原理, 運(yùn)用新型仿真軟件AMESim對(duì)其進(jìn)行建模, 依據(jù)國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的參數(shù)來(lái)設(shè)置模型的各項(xiàng)參數(shù)并進(jìn)行仿真, 根據(jù)仿真結(jié)果來(lái)驗(yàn)證所建模型的正確性, 從而為閥的結(jié)構(gòu)參數(shù)和控制器參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了條件。
1 三級(jí)電液伺服閥原理
三級(jí)電液伺服閥是為了滿足大流量要求而出現(xiàn)的一種先導(dǎo)式電液伺服閥, 其結(jié)構(gòu)原理如圖1所示, 結(jié)構(gòu)方框圖如圖2所示。它由一個(gè)小流量的雙噴嘴擋板式力反饋式二級(jí)伺服閥(先導(dǎo)閥)、功率滑閥、位移傳感器和伺服控制器組合而成。功率滑閥由先導(dǎo)閥驅(qū)動(dòng),通過(guò)位移傳感器檢測(cè)功率滑閥閥芯位移并反饋到伺服控制器構(gòu)成位置閉環(huán), 以實(shí)現(xiàn)閥芯位移與輸入信號(hào)成比例變化, 因輸出流量與閥芯位移成比例, 從而使得三級(jí)電液伺服閥的輸出流量與輸入信號(hào)成比例關(guān)系。
2 三級(jí)電液伺服閥建模
2.1 仿真軟件AMESim介紹
AMESim是法國(guó)IMAGINE公司推出的基于鍵合圖的液壓和機(jī)械系統(tǒng)建模仿真及動(dòng)力學(xué)分析軟件。
AMESim是一個(gè)多學(xué)科領(lǐng)域的建模仿真平臺(tái), 在統(tǒng)一的平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了多學(xué)科領(lǐng)域的系統(tǒng)工程的建模與仿真, 包括機(jī)械、液壓、氣動(dòng)、熱、電和磁等物理領(lǐng)域。不同領(lǐng)域的模塊之間直接的物理連接方式使AMESim成為多學(xué)科領(lǐng)域系統(tǒng)工程建模和仿真的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境。AMESim 具有豐富的模型庫(kù)( 23 個(gè)模型庫(kù),2 500 多個(gè)模塊, 每個(gè)模塊用直觀的ISO標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)來(lái)示) , 用戶可以采用基本元素法, 用已有模塊按照實(shí)際物理系統(tǒng)來(lái)構(gòu)建自定義模塊或仿真模型, 而不需要去推導(dǎo)復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型。智能求解器能根據(jù)所建模型的數(shù)學(xué)特性自動(dòng)地在17種算法中選擇最佳的積分算法,并具有精確的不連續(xù)性處理能力, 以縮短仿真時(shí)間和提高仿真精度。AMESim提供了齊全的分析工具以方便用戶分析和優(yōu)化系統(tǒng), 包括線性化分析工具、模態(tài)分析工具、頻譜分析工具和模型簡(jiǎn)化工具等。
2.2 建立仿真模型
根據(jù)圖1所示三級(jí)電液伺服閥的結(jié)構(gòu)原理將模型分為: 先導(dǎo)閥、功率滑閥和伺服控制3個(gè)部分。
先導(dǎo)閥選用AMESim 軟件液壓庫(kù)中標(biāo)準(zhǔn)的二級(jí)伺服閥模塊, 此模塊考慮了先導(dǎo)閥的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性, 并按國(guó)外已有的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的特性來(lái)設(shè)置參數(shù)。如圖3所示。
圖3 先導(dǎo)閥模型圖
功率滑閥模型選用AMESim 軟件液壓元件設(shè)計(jì)庫(kù)、液壓庫(kù)和機(jī)械庫(kù)中的模塊來(lái)建立, 如圖4 所示。在功率滑閥模型中, 用模塊5來(lái)考慮閥芯的質(zhì)量、閥芯的粘性阻尼、閥芯所受庫(kù)侖摩擦力和限制閥芯的行程; 用模塊3、4、6、7、10和11來(lái)考慮閥芯所受的液動(dòng)力、閥芯和閥套的徑向間隙以及節(jié)流棱邊的重疊量; 用模塊1、2、8和9來(lái)考慮閥芯兩端控制面積和控制腔的容積。
圖4 功率滑閥模型圖
將先導(dǎo)閥模型與功率滑閥模型連接起來(lái), 再加上伺服控制部分、控制信號(hào)源, 接上壓力油源和油箱, 將功率滑閥模型的A口和B 口通過(guò)一個(gè)帶控信號(hào)的節(jié)流閥模塊連接起來(lái)。這樣就得到了完整的三級(jí)電液伺服閥仿真模型, 如圖5所示。
圖5 三級(jí)電液伺服閥模型圖
