动压阻尼器在舵机液压系统中应用仿真研究

　　1 前言

　　从电液伺服控制理论的角度出发,舵机控制系统本质上是一个阀控缸的电液位置伺服系统。阀控液压缸的动态特性取决于阀和液压缸的特性,并与负载也 有较大的关系。这类伺服系统普遍存在一个频率较低、相对阻尼系数很小的液压-机械综合谐振,它严重影响着系统的稳定性、响应速度和精度,特别容易引起液压 系统的压力流量冲击和液压缸的颤振,进而产生噪声并辐射至系统表面。所以,需要提高系统的阻尼比,用以改善其控制性能和降低噪[1]。一般地,增加系统的 阻尼有两种方法:① 在液压缸两腔之间设置旁路泄漏通道,或采用正开口滑阀来增加系统的阻尼,但该方法增加了功率损失,降低了系统的静刚度;② 采用机械式动态压力反馈装置以提高阻尼,该方法可避免功率损失[2]。因此,本文提出在舵机液压系统中采用动压阻尼器来增加阻尼,以提高系统性能,并降低 噪声。

　　2 舵机液压系统数学模型

　　采用动压阻尼器的舵机液压系统的原理 如 图 1所 示 :

　　为方便建立系统的数学模型,对系统作如下假设:

　　① 动压阻尼器两进油管路中油液流动按层流计算;

　　② 忽略油液的压缩性和温度影响、系统的泄漏、沿程压力损失;

　　③ 动压阻尼器中弹簧刚度为常量;

　　④ 舵机所受负载折算为一质量负载。

　　根据图1和上述假设,可建立液压缸与负载的力平衡方程、动压阻尼器的力平衡方程、动压阻尼器节流口的流量特性方程、伺服阀的动态特性方程以及流量特性方程等。

　　2.1 液压缸与负载的力平衡方程

　　假定液压缸水平安装,活塞质量被计入负载,根据牛顿第二定律,平衡方程为:

　　式中:m为负载质量;xp为液压缸活塞位移;bp为阻尼系数;fp为负载摩擦力;Ap为活塞有效作用面积;pp1为液压缸左油腔压力;pp2为液压缸右油腔压力。

　　2.2 液压缸流量连续性方程

　　忽略油缸内、外泄漏的影响,液压缸两腔的流量连续性方程为:

　　式中:β为油液容积弹性模量;qp1为液压缸左油腔进油流量;qp2为液压缸右油腔进油流量;Vp01,Vp02为油缸两腔的初始容积。

　　2.3 动压阻尼器活塞的力平衡方程

　　动压阻尼器水平安装,弹簧质量被计入活塞质量中,根据牛顿第二定律,平衡方程 为 :

　　式中:md为动压阻尼器活塞质量;xd为动压阻尼器活塞位移;bd为动压阻尼器阻尼系数;kd为动压阻尼器中弹簧刚度;fd为动压阻尼器活塞摩擦力;Ad为动压阻尼器活塞有效作用面积;pd1为动压阻尼器左油腔压力;pd2为动压阻尼器右油腔压力。