液壓仿真技术-论文.docVIP

液压系统仿真技术 摘要：本文在简单回顾液压仿真技术的发展之后，着重介绍了仿真技术及其在液压领域的应用，论述了液压建模与仿真技术的方法和几个关键问题，并通过实例分析介绍了通过SIMULINK/SimHydraulics模块进行液压系统建模的步骤，最后综述了液压系统仿真技术的发展趋势。 关键词：液压系统；仿真技术；SIMULINK/SimHydraulics 1 引言 液压系统是机械装备及控制系统的重要组成部分，由于其具有较大的功率重量比、响应快及低速稳定性好的特性，因此在航空航天 、制造业及 日常生活等领域得到了广泛的应用。随着现代电子技术和控制技术的发展，一些原理新颖、物美价廉的新型液压元器件不断涌现，给这一传统的技术带来了新的生机。迄今为止，液压元件和系统利用计算机进行仿真的研究已有30多年的历史。随着流体力学、现代控制理论、算法理论和可靠性理论等相关学科的发展，特别是计算机技术的突飞猛进，液压仿真技术也日益成熟，已成为液压系统设计人员的有力工具。 2 仿真技术在液压领域的应用 2.1 仿真技术概论 仿真技术是以相似原理、信息技术、系统技术及其应用领域有关的专业技术为基础，以计算机和各种物理效应设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行实验研究的一门技术。 液压系统应该具有良好的静态性能和动态性能。若系统没有灵敏的动态特性，那么系统就不能迅速执行信号反馈，导致系统灵敏死区等，这样系统所提供的位移精度等就会降低。过去依靠设计者的知识与经验采用真实的元部件组成一个系统，再使用这个系统对结构参数在系统动态特性方面的影响进行实验、研究。该方法进行的研究虽然直观但是参数调节比较困难，而且一次性成功的把握很小。由于不利因素的存在就要求人们利用其它方法进行设计与试验。液压系统仿真技术应运而生，它不仅可以用于系统性能测试缩短了产品的研发过程使设计时间减少，还能够利用仿真从整体来分析与评估所设计的系统，进而达到缩短设计周期、增强系统稳定性及优化系统的目的。 因此，仿真技术是液压系统或元件设计阶段的必要手段，已被业界普遍认识。随着可靠性理论、算法理论、现代控制理论、流体力学等相关学科的发展，尤其是计算机技术的飞速发展，液压仿真技术也越来越成熟，它已成为一种有力工具为液压系统设计人员所利用。 2.2 国内外研究简况 早在20世纪50年代，Hanpun（1953）和Nightingale（1957）就进行了液压伺服系统的动态性能分析。那时采用的是传递函数法，一般只分析系统的稳定性及频率响应。这种方法只能用在单输入、单输出的线性定常系统中，不足以描述系统内部的各变量的特征，也不易处理液压系统中普遍存在的非线形问题。 年代初期，国外开始进行液压系统和元件的计算机数字仿真研究，但仅能进行动态性能的数字仿真计算，而且数据输入复杂。 年代后期，随着液压流体力学、控制理论、优化设计、仿真、计算机等学科的发展，已经可以建立液压系统的分析数学模型。近年来，液压仿真技术在欧洲得到了飞速发展，各国纷纷推出液压仿真软件的新版本。如英国的Bathfp，瑞典的Hospsan，德国的DSH等。一些综合系统仿真软件在商业上也获得了很大的成功，具代表的有法国的AMESIM，波音公司的EAY5等。 自90年代后期开始，液压仿真技术研究逐渐在我国蓬勃兴起。许多高校和研究机构都开展了这方面的研究，并取得了一些发展。如上海交通大学研制成功的图能自动编程仿真软件包HYCAD，浙江大学流体传动及控制研究室利用Windows环境，对德国的DSH仿真软件包进行了二次开发，扩充了元件模型库，增加了图形输入功能。 2.3 液压系统仿真中的关键问题 目前， 仿真技术在液压领域的应用主要体现在： ⑴ 通过理论推导建立已有液压元件或系统的数学模型，用实验结果与仿真结果进行比较，验证数学模型的准确度，并把这个数学模型作为今后改进和设计类似元件或系统的仿真依据。 ⑵ 通过建立数学模型和仿真实验，确定已有系统参数的调整范围，从而缩短系统的调试时间，提高效率。 ⑶ 通过仿真实验研究测试新设计的元件各结构参数对系统动态特性的影响，确定参数的最佳匹配，提供实际设计所需的数据。 ⑷ 通过仿真实验验证新设计方案的可行性及结构参数对系统动态性能的影响，从而确定最佳控制方案和最佳结构。 3 SIMULINK/SimHydraulics仿真模块的运用 经过几十年的研究， 液压仿真软件包的性能已经从原来的精度低、 速度慢发展到精度高、 速度快；从只能处理单输入、单输出的线性系统发展到能处理多输入、多输出的非线性系统；从复杂的编程输入发展到友好的交互式图形界面输入。 MATLAB是 MathWorks公司1982年推出的一套高性能的数值计算可视化软件。MATLAB提供的动态系统仿真工具箱Simulink，则是众多仿真