AMESim應(yīng)用舉例分析

1、AMES im應(yīng)用舉例分析現(xiàn)以一液壓位置控制系統(tǒng)為例說明AMESim的應(yīng)用，使液壓執(zhí)行機構(gòu)的輸出 位移跟蹤給定的輸入信號。首先在AMESim的草圖模式(Sketch m。*)下建立該液壓執(zhí)行機構(gòu)位置控 制系統(tǒng)的仿真模型，該系統(tǒng)主要是由液壓缸、三位四通液壓伺服閥、定量泵、 蓄能器、溢流閥以及信號源和熠益等構(gòu)成，其液壓機械部分是一個開關(guān)型閥控 缸系統(tǒng)，從整體來看又是一個典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)，如圖5-6所示。其工作原 理為:用位移傳感器x將執(zhí)行機構(gòu)的位移轉(zhuǎn)換為信號并與給定的位移信號進行 比較后形成閉環(huán)控制的誤差信號，所得到的差值通過比例放大后驅(qū)動伺服閥動 作，來接通/切斷執(zhí)行機構(gòu)的液壓油供應(yīng)并改變供油

2、方向，就實現(xiàn)了對執(zhí)行機構(gòu) 位移的大小及方向的控制。只要執(zhí)行機構(gòu)的輸出位移與給定的位移存在偏差， 系統(tǒng)就可以自動調(diào)節(jié)輸出位移，直到誤差為零。圖5-6中，用分段線性信號源2來模擬執(zhí)行機構(gòu)(液壓缸)驅(qū)動的負載阻 力，期望位移信號由左端的分段線性信號源1來給定圖5-6液壓機械位置控制系統(tǒng)系統(tǒng)模型搭建完成之后，在于模型模式(submodel mode)中根據(jù)實際需要 為每個元件選擇一個數(shù)學模型即于模型，在這里為簡便起見均選擇最筒于模型。接下來在參數(shù)模式(parameter mode)中為每個子模型設(shè)置參數(shù)。將液壓 缸活塞直徑設(shè)置為30mm,活塞桿的直徑設(shè)直為20mm,所連質(zhì)星塊的質(zhì)量設(shè)置為 250kg;

3、設(shè)置電磁換向閥的固有頻率為50Hz,阻尼率為2,額定電流為200mA;泵的排量設(shè)置為35cc/re;泵的轉(zhuǎn)速為1500rcv/min;分段線性信號源2設(shè)置 為常量1000,則經(jīng)過由信號到力的轉(zhuǎn)換，執(zhí)行機構(gòu)活塞桿就能得到一個恒為 1000N的阻力;將給定的期望位移信號設(shè)置在0-1之間，執(zhí)行機構(gòu)的位移也將 在之間，為了提高測量精度位移傳感器將這一位移放大了 10倍，因此將 增益3設(shè)置為10,這樣給定的期望位移將與執(zhí)行機構(gòu)的實際輸出位移在相同的 范圍內(nèi)變化。將分段線性信號源1設(shè)置為在0-5s內(nèi)從0變化到0.5,在5ros 內(nèi)從0.5變化到0.8并保持不變。其它參數(shù)均按默認值來設(shè)置。系統(tǒng)所要求達到的性

4、能指標為:在運行時間30s內(nèi)，動態(tài)跟蹤誤差不超過 0. 015m,穩(wěn)態(tài)誤差不超過0.0005m。因為在AMESim中，三位四通液壓伺服閥的1.閥芯的動態(tài)特性由一個二階振蕩系統(tǒng)來表示，由自控原理可知，由二階系統(tǒng)構(gòu) 成的閉環(huán)控制系統(tǒng)中，二階系統(tǒng)的前置放大器放大倍數(shù)的大小對系統(tǒng)動態(tài)性能 的影響是比較大的，在這里，前置放大器即增益4,通過調(diào)節(jié)增益4的大小， 觀察液壓缸活塞桿的實際揄出位移與所給定的期望直之差，找到滿足性能指標 的增益范圍。星:后在運行模式(run mode)中的運行參數(shù)(run parameters) 中設(shè)置運行時間為30s,采樣周期為0.05s。點擊開始運行(start run),得

5、到 仿真結(jié)果。當k4=350時，給定的位移信號與執(zhí)行機構(gòu)活塞桿實際位移的關(guān)系曲線如 圖57、圖5-8所示。圖5-7匕=350時的液壓缸活塞桿的實際輸出位移與期望值圖5-8 k4二350時的液壓缸活塞桿的實際輸出位移與期望值之差可見，這時的穩(wěn)態(tài)誤差是滿足要求的，但動態(tài)跟蹤誤差超過了 0.015m.(2)當k4=500時，給定的位移信號與執(zhí)行機構(gòu)活塞桿實際位移之差如圖5-9 所示。圖5-9 k=500時的液壓缸活塞桿的實際輸出位移與期望值之差可見，這時的動態(tài)跟蹤誤差是滿足要求的，但穩(wěn)態(tài)誤差超出了 0.0005m, 仍未能達到性能指標。調(diào)整增益4的值，得到滿足系統(tǒng)性能指標的增益值范圍為443.5八-

6、478。在 這個范圍內(nèi)，位置跟蹤系統(tǒng)具有較好的閉環(huán)跟蹤效果。通過反復(fù)調(diào)整、分析可 以得出:K4值越大，響應(yīng)速度越快，動態(tài)跟蹤誤差越小;但K4值過大，運 行l(wèi)»s之后，跟隨曲線會出現(xiàn)超調(diào)，系統(tǒng)存在明顯的振蕩，不穩(wěn)定。因此，在 實際中為了使系統(tǒng)保持一定的穩(wěn)定性，可以根據(jù)精度和具體要求來確定最佳的 增益值。另外，液壓缸油腔死區(qū)油呈越大，油液的可壓縮效果就越明顯，系統(tǒng)越不 穩(wěn)定。在其它干模型參數(shù)完全相同的情況下，將液壓缸油腔死區(qū)油皇從默認值 50cm'改為10cm'仿真運行后得到圖5-10,與圖5-9進行比較可以驗證此結(jié)論。 而且，液壓伺服閥的固有頻率對系統(tǒng)穩(wěn)定性也有較大的影

7、響，此值越大，閥的 響應(yīng)速度就越快，會加劇系統(tǒng)的振蕩，增大穩(wěn)態(tài)誤差，使系統(tǒng)更加不稔定;但 是閥固有頻率過小，響應(yīng)速度太慢，會導致動態(tài)跟蹤誤差過大，跟蹤效果不好。 因此，合理選擇具有適當固有頻率的液壓伺服閥非常重要。0.0.0.0.0.0.圖5-10 k產(chǎn)500時的液壓缸活塞桿的實際輸出位移與期望值之差蓄能器在系統(tǒng)中主要作為泵的輔助能源，同時作為系統(tǒng)的補油器。它可以 在液壓缸不工作時將泵輸出的油儲存起來，在液壓缸工作時釋放儲油以完成整 個循環(huán)。從系統(tǒng)無蓄能器時的運行結(jié)果來看，如果增益4在適當?shù)姆秶鷥?nèi)，系統(tǒng)仍能夠達到性能要求，但在相同條件下，與有蓄能器時的運行結(jié)果相比，系 統(tǒng)會出現(xiàn)明顯的振蕩，穩(wěn)定性不夠。因此在系統(tǒng)中設(shè)置蓄能器是很有必要的， 它可以減小壓力脈動，使系統(tǒng)更加平穩(wěn)。由以上可以得出，主體軟件AMESim的使用基本步驟看似簡單，但真正仿真 一個實際系統(tǒng)，使其達到預(yù)期的結(jié)果并不那么容易用，AMESim對液壓系統(tǒng)進行 仿真時，不僅系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的教學模型起著決