功率键合图在电液伺服系统建模和仿真中的应用.pdfVIP

功率键合图在电液伺服系统建模和仿真中的应用 39 功率键合图在电液伺服系统建模和 仿真中的应用① The Application of Power Bond Graphs in Modeling and Simulation of Electrohydraulic Servo System □黄　涛　吕伟华　徐　霖　于　今　王晓岚 摘 　要 : 以一个典型的电液伺服系统为例,应用功率键合图建立了该电液伺服系统的数学模型 ,通过数 字仿真得出其动态特性。 关键词 : 功率键合图 　电液伺服系统 　仿真 1 　引言 用功率键合图建立了该电液伺服系统的数学模型 , 通常 ,对电液伺服系统动态特性研究中 ,应用 通过数字仿真 ,得出了其动态特性。 最多的建模方法是基于古典控制理论的传递函数 2 　研究的系统 分析法。这种方法限于线性系统 ,非线性系统则 图 1 所示为异形坯连铸结晶器钢水液位控制 需视条件许可进行线性化。液压系统一般都存在 电液伺服系统的控制框图, 图2 为经简化后的液 较多的非线性因素 ,所以传递函数分析法仅适用 压系统原理图。 于允许线性化的液压系统。过去用传递函数法分 析电液伺服系统时 ,考虑到电液伺服系统常在稳 态平衡点附近工作 ,通常对伺服阀口的非流量特 性进行线性化处理 ; 同时 ,传递函数分析法主要适 用于单输入单输出及初始条件为零的情况 ,而液 图1 　电液伺服系统方框图 压系统是功率的传输 ,功率本身是由两个变量构 成 ,所以用传递函数法有时不便于分析 ,具有一定 的局限性。 功率键合图是近 20 年发展起来的一种描述动 力系统动态结构的有效建模工具 ,是一组由有限符 号组成的双信号流图 ,用一系列键和简单符号就能 够形象地描述系统能量网络中功率流的流向和分 配 ,能量的汇集和转换等 ,清晰准确地表达系统结 构特征及各种影响因素 ,且与基于现代控制理论的 图2 　系统原理图 状态变量数学模型之间存在严密、一一对应的内在 3 　系统的数学模型 逻辑联系。因此 ,功率键合图是一种先进的系统图 在分析该伺服系统的动态特性时 ,仅考虑那 形化结构模型 ,克服了传递函数法的某些局限性 , 些对系统性能影响较大的主要因素 ,忽略一些影 且依据它推导出的状态方程中的各个状态变量一 响不大的次要因素。如果考虑因素过多 ,会使所 般都是研究系统中感兴趣的、有实际意义的各种物 建立的数学模型过于复杂 ,不仅增加了解题的复 理变量。本文以一个典型的电液伺服系统为例 ,应 杂性 ,且增大了仿真解题的累积计算误差。此外 , ①国家“九五”重点科技攻关项目。 © 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 40 机电一体化 　Mechatronica 　2000 年第 2 期 还会遇到所谓的刚性方程或病态方程的问题。相 应的功率键合图如图 3 所示。 图3 　系统功率键合图 　　图中 ,R1 、R2 、R3 、R4 分别为电液伺服阀 4 个