控制系统仿真技术.docx

《控制系统仿真》作业题 目 基于Simulink的压路机振动液压系统管路动态特性仿真研究 基于Simulink的压路机振动液压系统管路动态特性仿真研究1 引言随着对液压系统动态特性研究的开展，我们了解到不仅液压回路中的阀和液压缸等元件的性能会影响到整个系统的动态特性，而且连接这些元件的管路性能同样会对整个系统的动态特性带来影响。在液压系统中，液压执行元件的排油管路孔径减小或关闭，使高速运动的部件或惯性很大的部件(如液压马达和液压缸)减速或制动时，由于运动部件的惯性作用引起液压冲击。例如，压路机振动马达的制动和换向，在排油管路中突然停止排油，但由于振动轮的质量很大，因惯性还在振动，这样会引起油液压力急剧升高而产生液压冲击。随着计算模型和计算机能力的不断提高，我们可以用数值仿真的方法再现管道内的某些流动，从而进行适合于工程应用的优化设计。为了了解相关的结构参数对液压管路动态性能的影响，本文采用Matlab软件中的Simulink工具箱对管路模型进行仿真分析，从而建立起适合于工程应用的管路模型。2 simulink仿真软件Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具， 是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。3 基于simulink的液压系统建模与仿真 3.1 振动液压系统键图模型的建立P23P22P16P15P9P8 根据振动压路机的振动液压系统原理图建立三段管路的振动液压系统键图模型，如图1所示。mw30w29w28w27q26q25q24q23q22q21q20q19q18q17q16q15q14q13q12q11q9q10q6q5P7q7q8q4q3q2q1T30T29T28T27P26P25P24P21P20P19P18P17P14P13P12P11P10P6P5P4P3P2P1图1 包括管路键图的振动液压系统键图模型 图中 Sf——液压泵流源，单位为m3/s;Ry——溢流阀压力损失，单位为N*s/m5;Rs——静摩擦液阻，单位为N*s/m5; Rd——动摩擦液阻，单位为N*s/m5;Rr——液压马达回油管液阻，单位为N*s/m5; I（最右侧的一个）——负载及液压马达的惯性矩，单位为N*m*s2; R——负载粘性摩擦因子，单位为N*s/m; Se——反向势源，表示任意负载力矩，单位为N*m; m——转换器TF的转换关系，m=V/(2*π)，V是液压马达的排量。根据图1所示的振动系统键图模型建立数学模型——状态方程确定状态变量在图1所示的键合图中，输入变量为Sf和Se，自变量有q9、q16、q23、P6、P13、P20和T28。它们的积分就是7个状态变量，即V9、V16、V23、N6、N13、N20和O28。代替原来的7个变量就应该写为、、、、、和。建立状态方程根据各元的特性，写出每一根有关的键上的状态变量与因变量之间的关系式。即：, , ,,,, 这里，由于每段管路的液感和液容都相等，故将其用C和I代替。而键合图中最右侧的I用II表示。根据键合图的规则，将各状态变量的导数写成各因变量输入变量的函数关系。这些关系如下列各式所示：;;;;;;;而我们所需要的是P24的振动情况，所以;建立振动液压系统的方块图模型根据振动系统键图模型和状态方程建立振动液压系统方块图模型，如图2所示。图2 振动液压系统方块图模型 建立Simulink环境下的系统仿真模型根据图2所示的振动系统方块图模型，在Simulink环境下搭建系统的仿真模型，如图3所示。图3 Simulink仿真模型示意图其中各子系统的仿真模型示意图如下：图4 Subsystem1仿真模型示意图图5Subsystem2仿真模型示意图图6Subsystem3仿真模型示意图图7Subsystem4仿真模型示意图图8Subsystem5仿真模型示意图4 液压管路的动态仿真以SR一12压路机振动液压系统作为计算和仿真研究的实例，由于液压冲击能较好地反映管路系统的流量、压力脉动特性，所以在此采用液压冲击(即给系统施加阶跃信号)的方法来研究，当压路机起振、换向、停振时都可以视为对系统施加的阶跃信号。考虑到液压管路的实际情况，将管路分为三个单元段进行建模研究，见表l所示。将上述参数带人到图3所示的Simulink振动液压系