单液压缸仿真

开放模式

这个例子展示了如何使用Simulink®建模液压缸。万博1manbetx您可以将这些概念应用到需要建模水力行为的应用中。参见两个使用相同基本组件的相关示例:四缸模型和两个气缸模型与负载限制。

注意:这是一个基本的液压例子。使用Simscape™Driveline™和Simscape Fluids™，您可以更轻松地构建液压和汽车模型。

Simscape液体提供建模和模拟流体系统的组件库。它包括泵，阀门，执行器，管道和热交换器的型号。您可以使用这些组件来开发流体动力系统，如前装载机、动力转向和起落架驱动系统。发动机冷却和燃料供应系统也可以用Simscape流体开发。您可以使用Simscape产品家族中提供的组件集成机械、电气、热和其他系统。

Simscape动力传动系统提供建模和模拟一维机械系统的组件库。它包括旋转和平移组件的模型，如蜗轮、行星齿轮、丝杠和离合器。您可以使用这些组件来模拟直升机传动系统、工业机械、车辆传动系统和其他应用中的机械动力传输。汽车部件，如发动机，轮胎，变速器，和变矩器，也包括在内。

模型的分析与物理

图1显示了基本模型的示意图。模型引导泵的流量，问，供给压力，p1，从那里层流，q1ex，漏至排气。活塞/气缸总成的控制阀模型为通过可变面积孔板的紊流。它的流程,12个，导致中间压力，p2，在连接到执行器气缸的管道中承受随后的压降。汽缸压力,p3，使活塞对弹簧负载移动，从而定位x．

图1:基本液压系统原理图

在泵的输出端，流量被分成泄漏和流向控制阀的两部分。我们模拟泄漏，q1ex，即层流(见公式块1)。

方程1块

$$ Q = q_ {12} + q_{1例}$$

$q_{1ex}=C_2 \cdot p_1$

$$ p_1 = \压裂{(Q-q_{12})}{₂}$$

$Q = \mbox{泵流量}$

$q_{12} = \mbox{控制阀流量}$

$q_{1ex} = \mbox{渗漏}$

$C_2 = mbox{流量系数}$

$p_1 = mbox{泵压力}$

我们用孔板方程模拟了通过控制阀的湍流流动。符号和绝对值函数可容纳任意方向的流(参见方程块2)。

方程2块

$$ q_{12} =重金属镉\ cdot \ cdot胡志明市p_1-p_2 \ cdot \√{\压裂{2}{\ρ}| p_1-p_2 |} $$

$C_d = \mbox{孔板流量系数}$

$A = \mbox{orifice area}$

$p_2 = \mbox{控制阀下游压力}$

$$ rho = mbox{流体密度

气缸内的液体由于这种流动而增压，12 = q23处，减去活塞运动的顺应性。在这种情况下，我们还模拟了流体可压缩性(参见方程块3)。

方程块3

$$ \压裂{dp_3} {dt} = \压裂{\β}{V_3} \离开(q_ {12} -A_c \压裂{dx} {dt} \右)$$

$V_3=V_{30} + A_c \cdot x$

$p_3 = mbox{活塞压力}$

$$ beta = mbox{流体体积模量}$$

$V_3 = \mbox{流体体积}p_3$

$V_{30}= \mbox{流体在活塞中的体积}x = 0 $$

$A_c = \mbox{圆柱体横截面}$

由于液压力大，我们忽略了活塞和弹簧的质量。我们通过对这个关系式求导并把压强降加进来，从而完成了这个方程组p2和p3．第3块模型从阀门到执行机构的管道中的层流。等式4给出了活塞处的力平衡。

方程块4

$$ x = p_3 \压裂{A_c} {K} $$

$$ \压裂{dx} {dt} = \压裂{dp_3} {dt} \压裂{A_c} {K} $$

$$q_{23}=q_{12}=C_1 \left(p_2-p_3 \right)$

$p_2=p_3 + \frac{q_{12}}{C_1}$

$$ K = $ mbox{spring常量

$$ C_1 = mbox{层流系数}$

建模

图2显示了模型的顶层图。泵流量和控制阀节流面积是仿真输入。该模型被组织为两个子系统:“泵”和“阀门/气缸/活塞/弹簧总成”。

打开模型并运行仿真

来打开这个模型、类型sldemo_hydcyl在MATLAB®终端(如果您正在使用MATLAB帮助，请单击超链接)。按下模型工具栏上的“播放”按钮来运行模拟。

该模型将相关数据记录到MATLAB工作空间，并进入Simulink。万博1manbetxSimulationOutput对象出．信号测井数据存储在出对象，在名为sldemo_hydcyl_output．记录信号有蓝色指示灯(看到模型)．有关更多信息，请参见查看和访问信号记录数据．

图2:单缸模型及仿真结果

“泵”子系统

右键单击Pump屏蔽子系统并选择面具>看下面具．泵模型计算供应压力作为泵流量和负载(输出)流量的函数(图3)。Qpump是泵流量数据(保存在模型工作区中)。一个带有时间点列向量和相应流量的矩阵(T, Q)指定流数据。该模型计算压力p1如等式1所示。因为Qout = 12是的直接函数吗p1(通过控制阀)，形成一个代数回路。初始值的估计，p10，实现更有效的解决方案。

图3:泵子系统

我们在Simulink中屏蔽了“Pump”子系统，以允许用户轻松地访万博1manbetx问参数(见图4)T，问，p10,C2．然后我们将蒙面块分配为图2中所示的图标，并将其保存在Simulink库中。万博1manbetx

图4:进入泵参数

阀/缸活塞/弹簧总成的子系统

右键单击“阀门/气缸/活塞/弹簧总成”子系统并选择面具>看下面具来查看致动器子系统(见图5)。一个微分代数方程组模型汽缸增压与压力p3，在第3部分中以导数形式出现，用作状态(积分器)。如果忽略活塞质量，弹簧力和活塞位置是的直接倍数p3速度是p3时间导数。后一种关系形成了一个围绕“Beta”增益块的代数循环。中间压力p2是p3以及由于从阀门到气缸的流量而产生的压降(方程块4)。这种关系也通过控制阀和1 / C1收益。

控制阀子系统计算孔口(公式Block2)。它使用上游和下游的压力和可变孔板面积作为输入。控制阀流量子系统计算带符号的平方根:

$$ y =胡志明市(u) \ sqrt{你| |}$$