PDF《深度模拟器液压系统仿真研究》

液压系统的高精度反馈压力传感器监测压力输出,通过 A/D转换,被控制系统采集入计算机,同时传送给伺服放大器进 行解算,再输出修正信号,从而构成一个高精度闭环液压控制系 统,使深度模拟器按设定的方式工作.

4 控制系统算法仿真 4.1 控制系统采用的算法 控制部分采用增量式PID算法[1,2] 以实现和验证控制算法的性 能,使之能够最大限度地提高系统控制特性,实现控制目标. 4.2 电液伺服阀的传递函数 电液伺服阀是深度模拟器控制系统的核心部分,控制系统 采集压力传感器的反馈压力,根据控制模型产生压力输出控制信 号,加载到电液伺服阀上,通过控制阀芯的开度和液体流动方向 以得到指定的液压压力.传递函数表示为: 式中,ζ为阻尼比,值为0.7~1,ω为自然频率,s为电液伺 服阀相位滞后90°的频率,根据相关资料取120~280,为阀的增 益值,在仿真时暂定为1. 4.3 仿真参数说明 仿真过程中,PID控制器的时间参数T取值为0.001s,即表示系 统采样速率为1000Hz.根据相关计算,在仿真过程中使用20Hz输 入控制信号幅值设定为2m,并在满足幅值衰减不大于3dB,相位滞 后不大于90°的条件下给出了较完整的PID控制参数组合.仿真使 用的信号包括阶跃、正弦波.仿真中的各参数关系如表1所示. 通过Matlab仿真结果如图3所示. 采用电液伺服阀,当其自然频响范围为20~45Hz时,通过使 用PID控制器,可以满足系统各项技术指标的要求.

5 液压系统仿真 前面通过Matlab对深度模拟器的控制算法进行了仿真分析, G(t) PID??? KA ?????????? 图1 系统结构描述 图2 深度模拟器控制系统结构原理图 ????? ????? л?? л?? A/D? л????? ????? л??D/A? K ???????? ??? ?? ??? ?? ???? ???? ??? ???? ???? ???? ???? ???? ??? ??????????? 水深 输入信号 Kp/Ki/Kd

10 m 阶跃信号

800 /0. 196/0.

002 正弦信号

1100 /0.25/0.

003 290 m 阶跃信号

800 /0. 196/0.

002 正弦信号

800 /0.2/0.

003 表1 PID参数表(ζ=0.7 ω=280) 图3(a) 阶跃信号响应仿真图 图3(b) 正弦波信号响应仿真图

290 m水深

10 m 水深

2 2

1 s s κ ? ω ω ? ? + + ? ? ? ? (1)

290 m水深

10 m 水深 Technology 技术纵横

84 AUTOMATION PANORAMA 2012.8 从理论角度分析和验证了PID增量式算法可以实现对系统的控制功能. 而液压系统是深度模拟器整个系统中的关键部分,其快速响应能力、 稳态性能、频响特性直接影响着深度模拟器的工作性能,特别是电液 伺服阀的工作性能能否满足要求,本文通过法国IMAGINE公司开发的 AMESim软件对液压系统进行仿真分析,以得出液压系统中各液压元部 件的参数匹配,为液压系统设计提供理论指导[4] . 5.1 液压系统组成 如图4所示,该液压系统由伺服电动机、液压泵、粗过滤器、精 密过滤器、电磁阀、蓄能器、伺服阀、压力表、油箱以及其他辅件构 成.该系统通过采用伺服电动机驱动液压泵,为系统提供所需流量与压 力,通过两个传感器来检测电液伺服阀的出口压力,当模拟深度范围为 50~350m时,关闭低压输出传感器,仅有高压输出传感器工作.当模拟 深度范围为10~50m时,开启电磁阀,使低压输出传感器工作,从而提高 了检测精度.设计时考虑安装电磁阀,便于蓄能器及整个管路的维修. 精密过滤器对流经的液压油进行过滤,使油液的清洁程度达到伺服 阀正常工作的要求.蓄能器吸收系统的压力波动,稳定伺服阀前的压力 基本恒定,吸收液压冲击,降低压力脉动,改善系统的动态性能;