单液压缸仿真

开放模式

这个例子展示了如何使用Simulink®来建模液压缸。金宝app您可以将这些概念应用到需要建模水力行为的应用程序中。请看两个使用相同基本组件的相关示例:四缸模型而且双缸模型有负载限制。

注:这是一个基本的水力学例子。您可以使用Simscape™Driveline™和Simscape fluid™更轻松地构建液压和汽车模型。

Simscape液体提供用于建模和模拟流体系统的组件库。它包括泵、阀门、执行器、管道和热交换器的模型。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 fluid开发。您可以使用Simscape产品系列中的组件集成机械、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。它包括旋转和平动部件的模型，如蜗轮、行星齿轮、丝杠和离合器。您可以使用这些组件来建模直升机传动系统、工业机械、车辆动力系统和其他应用中的机械动力传输。汽车零部件，如发动机、轮胎、变速箱和变矩器，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。该模型指导泵的流量，问，以供应压力，p1，其中层流，q1ex，泄漏到排气。活塞/汽缸总成的控制阀被建模为通过可变面积孔的湍流。它的流程,12个，导致中间压力，p2，在连接到致动器气缸的管路中经历随后的压降。汽缸压力，p3，使活塞相对于弹簧负载移动，从而确定位置x．

图1:基本液压系统原理图

在泵的输出端，流量分为泄漏流量和流向控制阀的流量。我们模拟泄漏，q1ex，即层流(见方程块1)。

第1单元

$$ Q = q_ {12} + q_{1例}$$

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

$$ p_1 = \压裂{(Q-q_{12})}{₂}$$

$Q = \mbox{泵流量}$

$q_{12} = \mbox{控制阀流量}$

$q_{1ex} = \mbox{泄漏}$

$C_2 = \mbox{流量系数}$

$p_1 = \mbox{泵压力}$

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

第2单元方程

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

$C_d = \mbox{孔流量系数}$

$A = \mbox{孔面积}$

$p_2 = \mbox{控制阀下游压力}$

$\rho = \mbox{流体密度}$

由于这种流动，气缸内的液体会加压，Q12 = q23，减去活塞运动的顺应性。在这种情况下，我们还模拟了流体的压缩性(见方程块3)。

第3单元

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

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

$p_3 = \mbox{活塞压力}$

$\beta = \mbox{流体体积模量}$

$V_3 = \mbox{流体体积}p_3$

$V_{30}= \mbox{活塞中的流体体积}x = 0$

$A_c = \mbox{气缸截面积}$

由于液压力大，我们忽略了活塞和弹簧质量。我们通过微分这一关系并将两者之间的压降合并来完成方程组p2而且p3．方程Block 3模拟了从阀门到执行器的管路中的层流。方程式4给出了活塞处的力平衡。

方程式第四单元

$$ x = p_3 \压裂{A_c} {K} $$

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

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

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

$K = \mbox{弹簧常量}$

$C_1 = \mbox{层流系数}$

建模

图2显示了模型的顶层图。泵流量和控制阀孔面积为仿真输入。该模型组织为两个子系统:“泵”和“阀/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，输入到Simulink中。金宝appSimulationOutput对象出．信号测井数据存储在出对象，在名为sldemo_hydcyl_output．已记录的信号有一个蓝色指示灯(查看模型)．有关更多信息，请参见查看和访问信号测井数据．

图2:单缸模型及仿真结果

“泵”子系统

右击泵屏蔽子系统并选择面具>面具下的样子．泵模型计算供给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(保存在模型工作空间中)。时间点列向量和相应流量的矩阵(T, Q)指定流数据。模型计算压力p1如公式1所示。因为Qout = q12的直接函数p1(通过控制阀)，形成一个代数回路。初始值的估计值，p10，使解决方案更加高效。

图3:泵子系统

我们在Simulink中屏蔽了“泵”子系统，以允许用户轻松访问参数(金宝app参见图4)。要指定的参数为T，问，p10,C2．然后我们为蒙版块分配如图2所示的图标，并将其保存在Simulink库中。金宝app

图4:输入泵参数

“阀门/气缸/活塞/弹簧总成”子系统

右键单击“阀门/气缸/活塞/弹簧组件”子系统并选择面具>面具下的样子看到执行器子系统(见图5)。微分代数方程系统模拟气缸增压与压力p3，在方程Block 3中以导数的形式出现，用作状态(积分器)。如果我们忽略活塞质量，弹簧力和活塞位置是的直接倍数p3速度是它的倍数p3的时间导数。后一种关系围绕“Beta”增益块形成了一个代数循环。中间压力p2等于p3和由阀门流向气缸的流量引起的压降(公式4)。该关系还通过控制阀和1 / C1收益。

控制阀子系统计算节流口(公式Block2)。它使用上游和下游压力和可变的孔板面积作为输入。“控制阀流量”子系统计算有符号平方根:

$$ y =胡志明市(u) \ sqrt{你| |}$$