液压钻孔机械手液压系统的MATLAB/Simulink仿真分析

　　0引言

　　电液伺服控制技术是在液压传动技术和自动控制技术的基础上发展起来的新技术，利用功率较小的电信号控制功率较大的液压元件，在工业上应用很广泛。本文以液压钻孔机械手为例，建立机械手夹持部分液压系统的数学模型，在电液比例伺服控制系统中加入数字校正环节，通过Simulink仿真分析，探讨了对系统动态和静态特性产生影响的主要因素。

　　1电液伺服控制系统的构成

　　四通电液比例伺服阀控液压缸的原理如图1所示例，是由零开口四边滑阀和对称液压缸组成的。

　　电液位置伺服控制系统结构框图如图2所示。

　　2液压系统数学模型建立

　　活塞杆内径d=22 mm,活塞行程H=200 mm,液压缸外径D_w=60 mm，内径D_n=40 mm,伺服阀和液压缸之间的长度L=1.5 m，液压管径d_g=18 mm，管壁厚b=4 mm，供油压力p=6 MPa,YUKEN LSVG-03-20电液比例伺服阀，额定电流I=2 A，负载M=25 kg，液压缸的有效工作面积

　　液压系统总压缩容积(缸和阀至缸两侧管路总容积)

　　由于电液伺服位置系统的动态分析常常在零位工作状态下，此时增量与变量相等，故伺服阀的线性化流量方程

　　考察液压缸连续方程，由可压缩流体连续性方程经推导可得

　　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，根据牛顿第二定律可得出液压缸的输出力与负载力的平衡方程

　　式中m_t———液压缸活塞和负载总质量;

　　B_p———液压缸活塞和负载的黏性阻尼系数;

　　K———系统负载的弹簧刚度;

　　F_L———作用在活塞的任意外负载力。

　　对式(1)、式(2)和式(3)作拉氏变换并消除中间变量得液压缸的总输出位移

　　因为负载特性为惯性负载(K=0)，K_ceβ_e/A_p=1，式(4)可化简为

　　对指令输入为X_v的传递函数为

　　其中

　　总流量压力系数K_ce=Kc+C_tp，缸总泄漏系数C_tp比伺服阀的流量-压力系数K_c小得多，故X_h主要由K_c决定。零位压力系数

　　式中r_c———阀芯与阀套间隙;