电液伺服比例阀控缸位置控制系统仿真研究

　　最近 10 年来发展起来的电液比例控制技术新成员伺服比例阀，实际上是电液比例技术与电液伺服阀的进一步的“取长补短”式的融合。伺服比例阀(闭环比例阀)内装放大器，具有伺服阀的各种特性：零遮盖、高精度、高频响，但其对油液的清洁度要求比伺服阀低，具有更高的工作可靠性[1]。

　　电液伺服控制系统多数具有良好的控制性能，并具有一定的鲁棒性，有广泛的应用。电液伺服系统的动态特性是衡量一套电液伺服系统设计及调试水平的重要指标。电液伺服系统由电信号处理装置和若干液压元件组成，元件的动态性能相互影响，相互制约及系统本身所包含的非线性，致使其动态性能复杂[2]。因此，电液伺服控制系统的仿真受到越来越多的重视。

　　电液控制技术的不断发展和人们对电液控制系统性能要求的不断提高，了解电液伺服系统过程中的动态性能和内部各参变量随时间的变化规律，已成为电液伺服系统设计和研究人员的首要任务。在系统工作过程中，主要液压元件的动态响应、系统各部分的压力变化，执行元件的位移和速度等，都是人们非常关心的。

　　本文以电液伺服比例阀控液压缸为例，针对Matlab/Simulink 在电液伺服控制系统仿真分析中的局限性，采用 AMESim 和 Matlab/Simulink 联合仿真模型，取得了良好的效果。

　　1 系统组成及原理

　　电液伺服控制系统根据被控物理量(即输出量)分为电液位置伺服系统，电液速度伺服系统，电液力伺服系统三类。本文主要介绍电液位置伺服系统的仿真研究。其中四通阀伺服比例阀控液压缸的原理如图 1 所示。

　　电液位置伺服控制系统是最为常见的液压控制系统，实际的伺服系统无论多么复杂，都是由一些基本元件组成的。控制系统结构框图见图 2 所示。

　　2 液压系统数学模型建立

　　活塞杆内径(直)d 为 45 mm，活塞的行程 H 为40 cm，液压缸外径为 80 mm，查手册知内径 D 为 63mm 从伺服阀到液压缸的长度为 3 m，管径为 22mm，壁厚为 4 mm，供油压力恒定为 7 MPa，伺服比例阀 MOOG D-633,d为 7.9mm, 阀额定电流为 10mA,质量块(负载)为 250 kg。

　　液压缸有效工作面积为 Ap 为 15.26 cm²。

　　系统总压缩容积(液压缸和阀至液压缸两侧管路总容积)1 072 cm³。

　　因为位置系统动态分析经常在零位工作条件下，参见文献[3]可以得到描述了阀控液压缸的动态特性模拟公式(1)。

　　式中,Kce为总压力-流量系数,Xv为阀芯位移。Mt为活塞及负载总质量;Bp为活塞及负载的黏性阻尼系数;K 为负载弹簧刚度;FL为作用在活塞上的任意外负载力。由于负载特性为惯性负载(K=0)Bp一般很小可简化为式(2)