利用功率键合图和SMIULINK实现溢流阀的动态仿真

　　0　前言

　　近年来,由于科技的发展和经济建设的需要,液压技术的应用场合日益广泛。随着液压元件和系统的可靠性、精确性和快速性等性能的不断提高,农业机械和装备也广泛采用液压系统作为其动力源进行驱动。在中高压液压系统中,为了使液压能源的压力基本上保持恒定,广泛采用先导式溢流阀。在这种阀中有二次压力腔,根据二次压力和回路压力之差控制阀的位移,因此其动作准确而稳定。先导式溢流阀在使用中要求其具有较高的调压精度,由于问题的复杂性,先导式溢流阀的压力流量特性曲线一般都是通过实验取得,传统上主要通过分析力平衡、流量与压力关系解释特性曲线,此法不能确切地解释各参数对调压精度的影响[1-3]。本文应用功率键合图和SIMULINK对先导式溢流阀的动态特性进行计算机仿真,并通过仿真帮助优化阀的参数设计。功率键合图以状态方程作为数学模型形式。能方便、直观地考虑系统中的非线性环节,且方程的推导有一定的程式,可有条不紊地进行程式化建模[4]。建模中所选择的状态变量一般为所研究系统中有实际意义的且需要的物理量,与现代控制理论中的状态方程建模相比更有优势。SIMULINK为用户提供了用方框图进行建模的图形接口,与传统的仿真软件包用微分方程和差分方程建模相比,有更直观、方便、灵活的优点[5-6]。本文将两种方法结合在一起,利用功率键合图建立数学模型,然后用SIMULINK进行仿真,方便地实现了先导式溢流阀动态特性的仿真。

　　1　利用功率键合图建立数学模型

　　先导式溢流阀结构原理如图1所示,本文主要针对这种先导式溢流阀的动态特性进行研究。根据先导式溢流阀原理图,忽略摩擦力、泄漏、流量系数变化等次要因素,利用功率键合图建立先导式溢流阀的计算机仿真模型。在建立液压系统的动态模型时,功率键合图是一种有效工具,它可以清晰而形象地表达系统动态过程中各组成部分的相互关系,描述功率的构成、功率流程、能量分配和转换及各作用因素的影响等,自然真实,不加省略,可描述到系统的各个角落,使有关的参数和变量都包括在其中,并按客观实际存在的内部关系联系起来,清楚地表示系统的数学及物理本质。利用功率键合图技术建立的液压系统动态分析数学模型与实际情况更相近^[7-9] 。

　　由功率健合图建立液压系统的状态模型,首先要确定状态变量,其次利用元件系数R, I,C将变量间的各种关系概括成为简单的比例关系,然后由键合图中键间联接情况及各结点关系组合成系统结构关系式,最后由状态变量和系统输入变量组合成为输出方程,进一步求出其他所关心的系统变量。