数值模拟技术在液力变矩器流场分析中的应用

　　0 前言

　　在一些结构尺寸要求严格的设备中,为节约空间而选用单出杆缸,即非对称液压缸。这种油缸的加工、密封都比较简单,因而制造成本也较便宜,尤其是 长行程的伺服油缸,如果采用对称液压缸形式,由于要保证两侧伸出的活塞杆的同轴度,从而使得加工精度和成本都大大提高。但是由于非对称油缸两腔的有效工作 面积不等,因而在正、反向运动时,系统所需的流量不等,各种运动参数也与对称缸时有很大的不同,正、反向运行时动、静特性不一致,从而使系统存在严重的压 力跃变,并使系统出现附加静差。实际的电液伺服系统总是存在着许多不确定性因素,如系统参数的变化、外部扰动、系统的非线性和复杂性所引起的不确定性,这 就使得使用标称数学模型所设计的控制器在实时控制中往往很难获得满意的控制效果。设计鲁棒性强、具有良好控制性能,并且能消除系统不确定性影响的控制器, 仍然是人们十分关注的问题。近几十年来,模糊控制作为一种鲁棒性强的控制方法已经在电液伺服系统的控制方面取得了一些研究成果。笔者应用模糊控制方法,针 对存在不匹配、不确定性的非对称缸液压伺服系统的跟踪控制问题,给出一种模糊PID自整定控制方法^[1-3],用以消除系统参数变化的不确定性对控制系统的影响,模糊控制其特点是将注意力只集中在被控效果上,依据人对过程规律经验上的把握,达到对目标的精确控制效果。

　　1 电液伺服系统数学模型

　　本文所讨论的对象是阀控非对称缸电液伺服系统,可将其看作只有惯性负载和阻尼的动力机构,其动力机构示意图如图1所示。

　　图中各参数的含义如下:

　　y为活塞杆的位移,m;

　　B_c为活塞的粘性阻尼系数,N/(m.s^-1);

　　f₀为干扰力,N;

　　M₁为液压缸运动部件的质量,kg;

　　M₂为负载惯量折算到活塞处的等效质量,kg;

　　A₁为液压缸无杆腔的有效面积,m²;

　　A₂为液压缸有杆腔的有效面积,m²;

　　q₁, q₂分别为流入和流出液压缸两腔的流量,m²/s;

　　p_s为供油压力,Pa;

　　p₁, p₂分别为液压缸腔1和腔2的压力,Pa;

　　p₀为回油压力,Pa;

　　x为滑阀阀芯位移,m。

　　根据机理分析及实测数据,伺服阀的频宽远大于液压系统固有频率,那么可以不考虑电液伺服阀的非线性,将电液伺服阀视为一个比例环节,则电液伺服位置系统被控对象数学模型描述如下,输入输出关系式: