PWS-100型电液伺服动静万能试验机仿真分析

　　1　引言

　　先进的电液伺服动静万能试验机,集机、电、液等多项技术于一体,一般具有响应速度快、控制精度高、频带宽、试验波形种类多、操作简单、可靠性高等优点。随着计算机业的迅速发展,试验机借助于计算机进入了发展的新概念阶段。然而据不完全统计,国内市场伺服阀式试验机自1987年开始生产至今,能正常使用的不足一半,因此,对该类机型中的典型机进行建模分析,以便对今后的设计和使用提供理论依据,是一项艰巨而有意义的工作。

　　2　PWS-100型电液伺服动静万能试验机的结构、原理

　　如图1所示,信号发生器发出的控制信号与反馈信号相比较,所得的偏差信号经伺服控制器处理,以产生控制电流送给电液伺服阀的控制线圈,伺服阀的输出流量拖动伺服油缸的活塞运动,并经夹头将力传给试件。试件所受的力经负荷传感器检测并转换成电量,经过适当的放大处理后作为反馈信号与输入控制信号相比较,这就是负荷反馈控制回路。反馈信号还可以从夹持在试件上的引伸计或装在作动器上的位移传感器引出,分别构成变形反馈回路和位移反馈控制回路。根据试验的不同要求,可以选择3种反馈回路中的1种作为试验机的控制回路。为改善系统的静态和动态性能可以通过伺服控制器的PID调节器对系统进行比例-微分-积分调节校正。运行结果可通过显示记录装置输出。

　　3　试验机主机部分的简化

　　由于试验机载荷较大,机械部分各构件的结构柔度不容忽视,因而这是一个多自由度弹性振动系统。经过适当处理,由工作台、立柱、横梁、试件及上下夹头,活塞以及油缸所组成的试验机主机部分,可以看作如图2所示的4个自由度的弹性振动系统。

　　4　控制系统数学模型的建立

　　(1)伺服放大器可以看作比例环节

　　系统方框图如图3所示。

　　将试验机具体参数代入,可以求得系统特性。

　　试验机具体参数如下:

　　作动器参数:工作面积A=8·42×10-3m2;活塞可移动±0·05 m;从电液伺服阀到油缸两腔的总容积Vt=9·42×10-4m3。伺服阀参数:阻尼率ξ=0·7;固有频率ω0=628 rad/s;空载流量增益Kq=5·556×10-2m3/s·A。其他参数:供油压力21 MPa;油的有效体积弹性模数βe=1 000 MPa;总的流量-压力系数Kce=0·038 cm5/ N·s;活塞与油缸及静压轴承间的粘性阻尼系数B=2·82×103N·s/m;各部分折算质量:活塞、活塞杆及下夹头组件折算到活塞处的折算质量m1=99 kg;上夹头组件折算到活塞处的折算质量m2=70 kg;横梁上的集中载荷质量及横梁立柱运动部分等效到横梁中点的折算质量m3=91 kg;工作台上的集中载荷质量及工作台运动部分等效到工作台中点的折算质量m4=62 kg;各部分折算刚度:活塞杆和试件2个串联弹簧的折算刚度K1　　=0·275×109N/m;负荷传感器的刚度K2=1·033×109N/m;横梁立柱的折算刚度K3=0·82×109N/m;工作台的折算刚度K4=0·54×109N/m;负荷传感器增益Kl=5×10-5V/N;夹式引伸计增益Km=2×104V/m;位移传感器增益Kn=2×103V/m;Kδ=0·135 3。