基于MATLAB/Simulink的脱模液压系统动态特性仿真

　　0 引言

　　目前，液压技术的应用场合日益广泛，对液压元件和系统的可靠性、精确性和快速性等要求不断提高，液压系统动态特性的分析研究也日益得到重视。随着液压系统逐渐趋于复杂和对液压系统仿真要求的不断提高，传统的利用微分方程和差分方程建模进行动态特性仿真的方法已经不能满足需要。而 MATLAB 作为一种面向科学与工程计算的高级语言，集科学计算、自动控制、信号处理、图像处理等功能于一体，它所提供的Simulink 是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包，支持连续、离散及两者混合的线性、非线性系统，从而成为对液压系统动态特性进行仿真的强有力的工具。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，具有更直观、方便和灵活的优点。

　　固体火箭发动机是使用固体火箭推进剂燃烧产生推力的化学火箭发动机，脱模是将固化在药柱中的芯模通过拉或顶的施力方式将其取出，是固体火箭发动机制造中非常重要且又具有高度危险性的一个环节。因此，针对某发动机制造厂产品的要求，设计出一套能替代人工完成导向、定位、执行动作及传动机构的一整套装置，如图1所示。工作过程中，脱模顶升液压缸按照所设定的脱模速度及脱模力完成固定行程的顶升，此时芯模与药柱已脱离接触，由提升液压缸带动活动横梁完成对发动机的快速脱模工作。

　　1 固体火箭发动机脱模的液压工作原理

　　考虑到脱模对象是固体火箭发动机，其易燃易爆性要求系统的脱模力和脱模速度是平稳易控制的，并且为了保证操作人员的安全要求实现远程控制，系统选用液压传动来传递系统所需的动力，故此设计液压系统部分如图2所示。

　　脱模过程中压力和速度控制是非常重要的两个参数，在液压控制系统中分别采用比例溢流阀和比例调速阀，通过改变输入比例电磁铁的励磁电流来改变负载缸的压力和运动速度。

　　2 建立液压缸运动速度与流量的传递函数

　　电液比例控制指系统的输出量，如压力、位移、速度等能随输入控制信号连续成比例地得到控制。本调速系统是进口节流调速回路构成的循环油路系统，调速回路简化原理图如图3所示。

　　参见图3，考察液压缸和负载的力平衡方程，忽略库仑摩擦等非线性负载和油液的质量，根据牛顿第二定律，液压缸活塞运动的动力平衡方程为：

　　式中 A1—液压缸无杆腔有效工作面积，单位：m²p1(t) —液压缸无杆腔的压力，单位：Pa;m—液压缸所驱动的工作部件质量(包括活塞、活塞杆等移动部件质量)，单位：kg;B—活塞和负载的粘性阻尼系数，单位:N s/m;f(t)—外负载，单位：N;u(t)—活塞的运动速度，单位：m/s。