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液压系统压力变化的建模详解

发布日期:2020.12.02浏览次数:

控制压力是运动和力控制的关键,但对压力是如何控制的知之甚少。一个常见的误解是压力是“流动阻力”,或者压力是由伺服阀使用压力增益曲线来控制的。现在是时候仔细观察一下液压系统运行时会发生什么了。

压力变化的基本公式之一是:

哪里ΔP压力的变化,Β是油的体积模量,ΔV是压力下体积的变化V是压力下的总体积。

因此,如果压缩下的体积减小,压力就会增加。这就是当气缸杆受到冲击,活塞盖侧的油被压缩时发生的情况。

上面的公式在相对静态的情况下是有用的,但是在动态情况下,例如运动或力的控制,这个公式必须被修改以包括时间。现在公式变成


哪里DP/DT压力的瞬时变化DV/DT是油的压缩体积的瞬时变化。

当液压缸运动时,油的体积随着活塞的运动而变化。为了保持压力不变,DP/DT必须等于0。因此,油必须从汽缸中增加或减去。公式DP/DT必须扩展为包括流

请注意,体积的增加使压力的变化为负值。但如果流动是时间的函数,Q(T),等于压力下体积变化的速率,压力保持不变。

其次,体积和体积的变化需要扩大。油体积的变化等于活塞的面积乘以活塞的速度。压缩下的油体积等于体积加上活塞到汽缸末端的距离。得到的方程是

哪里A是在这个例子中,活塞在帽边的面积,DV是完全收缩活塞和阀门之间的死气沉沉的油量,X(T)活塞位置相对于完全收回的位置,以及五(T)活塞速度是时间的函数。这是积极的,当他们的圆筒移动远离完全收回的位置。什么时候五(T)是正的,除非加油,否则活塞盖边的压力会下降。

采用一种典型的磁致伸缩位移传感器--反馈装置,可以测量活塞的位置和速度。流量不是测量的,而是间接控制的液压运动控制器控制一个比例阀。在建模或仿真时,可以使用制造商的规范来精确地估计流量。首先计算阀门的流量常使用:

现在,流量可以计算为压力和阀芯位置x(T)的函数,使用:

阀芯的位置由运动控制器的输出控制。Ps  供应压力和Pa是汽缸盖边的压力。请注意,汽缸盖侧的压力变化取决于许多因素,包括汽缸盖侧的压!这需要复杂的计算。

有时压力只需要控制,就像测试容器承受压力的能力一样。在这种情况下,只需要一个传感器监测容器内的压力。

通常,压力是用来控制施加在物体上的力。在这种情况下,活塞两侧的压力乘以相应活塞的面积,差就是净力。在这种情况下,运动控制器关闭环周围的净力。要计算力,需要安装一个负载传感器或压力传感器,这样它就可以测量活塞两侧的压力。

在运动控制中,压力也是间接控制的。然而,在模拟网络力和运动时,由于需要网力,活塞的每一侧都必须有一组方程。用净力计算加速度。然后积分加速度来确定速度,然后积分速度来确定位置。

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显然,计算压力变化的公式是复杂的,取决于许多不断变化的因素。液压模拟器使用当前状态以小的时间增量计算下一个状态。通常增加100微秒就足够了。使用小时间增量的原因是,压力在遇到障碍物时变化很快,就像在压力机中一样。另外,时间增量越小,模拟效果就越好、越流畅。权衡是所需的额外计算时间和产生的大量数据。

早在21世纪初,我就用一个电子表格来模拟一个客户系统,这个系统设计得不正确。当时,我的电子表格程序只能处理32,768行。但是在每一行100微秒时,我只能模拟3.2秒,幸运的是这足够长。

       每个都是计算位置、速度、加速度、净力、帽边和杆侧压力的方程。完成第一行后,将公式复制到其余行。压力变化取决于这些值,因此必须计算每一行或100微秒的迭代。它起了作用,但受到当时个人电脑的速度和内存容量的限制。



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