工程应用液压伺服系统仿真

　　0 前言

　　随着自动化技术的发展，系统仿真已经相对成熟。它可以使系统开发更为高效。 液压系统仿真渐渐地从各大高等院校和研究所里走进了有一定设计能力的工厂和车间。 液压系统仿真以其相对低廉的价格和灵活性，迅速发展和完善。 本文根据在工程应用过程中液压系统建模常用的两种形式即传递函数建模和图形建模的形式对液压系统进行建模和仿真，并相应举例说明。

　　1 传递函数建模和仿真

　　液压系统的传递函数建模和仿真是在自动控制原理的基础上发展起来的， 也是早期的液压系统建模和仿真的方法， 在现代的工程应用中传递函数的液压系统建模和仿真中仍在普遍使用。 因此传递函数的液压系统建模需要工程师具备一定自动控制原理的相关专业知识。 在一系列数学推导和转换得到系统的传递函数后， 需要控制方面的专业软件对传递函数进行输入输出的测量，即仿真。

　　在液压系统传递函数的求解中， 往往先计算出控制闭环中所有元件的传递函数，绘制传递函数框图后，进行系统仿真。 在工程应用中控制闭环的液压元件一般为伺服阀(或比例阀)和执行机构。 这些液压元件的传递函数，一般由流量连续性方程、力平衡方程、功率方程等经拉普拉斯转换后联立得到元件的传递函数。

　　一般情况下， 在工程实践中伺服阀的样本中会提供相应伺服阀的传递函数， 执行机构的传递函数即液压缸和马达的标准型在绝大多数的液压系统建模的书籍中均已给出。 得到液压元件的传递函数后，绘制传递函数框图，利用专业的控制方面的仿真软件进行系统仿真。

　　控制方面的仿真软件应用最为普遍的为MATLAB中的Simulink 模块，MATLAB 支持 C，FORTRAN，C++，JAVA 编程，MATLAB 爱好者编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载。NI 公司系统控制方面为行业前沿， 其Labview软件中的设计与仿真模块可对系统进行传递函数仿真。应用Labview 软件对系统进行传递函数仿真，可得到各种输入信号下的系统输出曲线。应用采用NI 公司 Labview 软件中的设计与仿真模块对系统进行仿真举例。

　　构建一个伺服阀控液压缸的位置控制系统。 系统具体要求和参数与本文无关，不详述。 系统采用PID 控制器作为系统控制的控制策略。 系统传递函数建模后，应用Labview 软件中的设计与仿真模块进行可视化编程，得到图1 传递函数建模系统仿真可视化编程图。

　　图1 中伺服阀传递函数可从样本中得到公式和计算方法。 液压缸采用应用最为普遍的非对称缸，因此出现了不同运动方向的两个传递函数。 液压缸传递函数的获得可通过流体传动的相关公式推导。 进行目标信号为正弦信号的跟踪曲线仿真， 得到图2 传递函数建模正弦跟踪曲线仿真曲线。