仿真技术在液压控制方面的应用与发展.docx
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1、仿真技术在液压限制方面的应用与发展仿真技术作为液压系统或元件设计阶段的必要手段,已被业界广泛相识。液压仿真技术,从诞生到今日,已经有30多年的历史。国外早在1973年,第一个干脆面对液压技术领域的专用液压仿真软件HYDSIM程序研制胜利。它是由美国俄克拉何马州立高校推出的。到现在为止,对液压元件和系统利用计算机进行仿真的探讨已有30多年的历史,随着流体力学,现代限制理论,算法理论,牢靠性理论等相关学科的发展,特殊是计算机技术的突飞猛进,液压仿真技术也日益成熟,越来越成为液压系统设计人员的有力工具。一、仿真技术在液压领域的应用一个比较完善的液压系统不仅应有良好的静态性能,而且还应具有良好的动态性
2、能。这是因为系统中执行元件的速度、动作和方向以及外载荷常常在不断变更,假如系统的动态特性不灵敏,则反馈信号就无法被系统很快执行,造成系统灵敏死区、动作死区等,这样被加工出来的零件精度就会降低。以前人们在探讨和设计时,常常凭借设计者的学问和阅历用真实的元部件构成一个动态系统,然后在这个系统上进行试验,探讨结构参数对系统动态特性的影响。用这种方法进行参数调整比较困难,要花费大量的人力、物力和时间,而且一次性胜利的把握很小。这就要求人们利用其它方法对元件进行设计与试验。计算机仿真技术不仅可以在设计中预料系统性能,削减设计时间,还可以通过仿真对于所设计的系统进行整体分析和评估,从而达到优化系统、缩短设
3、计周期和提高系统稳定性的目的。仿真技术在液压领域的应用主要包括:1 .通过理论推导建立已有液压元件或系统的数学模型,用试验结果与仿真结果进行比较,验证数学模型的精确度,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。2 .通过建立数学模型和仿真试验,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。3 .通过仿真试验探讨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,供应实际设计所需的数据。4 .通过仿真试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,从而确定最佳限制方案和最佳结构。二、液压建模与仿真的方法仿真技术的三个主要组成部分是数学建
4、模、模型解算和仿真结果分析。液压仿真一般采纳这样三种方法:第一种方法是自行编程仿真,对于较为简洁的系统,而仿真者具有较好的建模实力和肯定编程实力,则自行编程进行仿真,早在五十年头,Hanpun(1953)和Nightinga1.e(1957)就分别作了液压伺服系统动态性能分析,那时采纳的是传递函数法,一般只分析系统的稳定性及频率响应,这是一种理论成熟、简洁好用的方法,直到现在,仍被广泛采纳。但这种方法只能用在单输入一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性问题。所以这种方法在探讨机构中的探讨人员与探讨生用得较多;其次种方法是数学模型由用户自
5、行建立,选用一些通用的算法系统进行仿真,如常用的MAT1.AB/SIMU1.INK软件,它供应了很多数学模型解算工具,更值得一提的是这类软件还供应较好的仿真结果后处理功能。该方法越来越多地为探讨人员所运用;第三种方法是选用专用的液压仿真软件进行仿真,这类专用软件一般供应建模工具,用户只要依据要求用原理图等方式输入仿真用数据,专用软件便可自动建立数学模型,并进行仿真计算输出仿真结果。依据建模方法的不同,这些软件主要可分为两种,即用状态方程方法建模的仿真软件和用键合图方法建模的仿真软件。绝大多数液压仿真软件采纳状态方程方法建模。如美国麦道飞机公司(MCDOnne1.1.Doug1.asAircra
6、ftCOmPany)领先开发的用以预料液压元件和系统工作性能的AFSS(AdvancedF1.uidSystemSirnU1.atic)n)仿真软件包,使液压设计从阅历估计提高到定量分析的水平。键合图是由美国的H.M.Paynter于六十年头初独创的,它以图形方式来表达系统中各元件间的相互关系,能反映元件间的负载效应及系统中的功率流淌状况,可用来描述液压回路的动态特性,是探讨液压动力系统的有力工具。目前已开发出了几种采纳键合图方法建模的液压仿真软件,如美国在80年头末开发的面对键合图的动力系统通用仿真程序ENPORT,已在肯定的范围获得应用。但该程序须要在大容量、大型计算机上运行,并且对于非线
7、性系统的解析存在着若干限制,从而影响了该软件的推广。由于对于绝大多数用户来说从键合图动身的起点过高,而一个较好的液压系统仿真软件包须要具有开放性和可扩充性,因此从长远考虑用状态方程方法建模更有生命力。但是不论是基于何种原理的仿真软件,纵观近几年液压仿真技术的发展,现代液压仿真软件一般都具有如下功能:(1)广泛的基本液压元件模型及敏捷的组装:只有广泛的基本液压元件模型才能够适应各种仿真要求,但无论基本模型库多么应有尽有,也不行能包含用户对元件模型的全部要求。自定义元件模型应当可以用软件自带的元件模块组装。(2)支持多领域建仿照真:在现代实际的工程应用设计中,几乎很少有纯粹的液压系统存在。液压系统
8、通常仅仅是作为整个系统的一部分,即使元件也可能包括机械和电子器件,这就要求仿真时可以加入其他领域的模型,最常见的如DSH中加入电子和机械方面的仿真模型,而AmeSim带有液压、机械、限制、信号、热力学、气动等多种模型库。(3)数据库技术应用和技术文档生胜利能:一个仿真系统最主要的技术文档是系统的原理图,其他还包括元件的微分和代数方程的数学模型描述、参数、仿真结果、其他产品信息等。实现这一功能的手段起先采纳困难的数据库技术,而不是以传统的难以管理的文件系统形式。以瑞典某高校的液压仿真软件Hopsan为例,其运用数据库管理的仿真环境示意图如图1所示。图1数据库管理的仿真环境示意图图1中,Dynmo
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- 仿真技术 液压 控制 方面 应用 发展
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