单液压缸模拟

开放模式

这个例子展示了如何使用Simulink®建模一个液压缸。金宝app你可以将这些概念应用到你需要建立水力行为模型的应用中。参见两个使用相同基本组件的相关示例:四缸模式和两个气缸模型与负载限制。

注:这是一个基本的液压例子。您可以使用Simscape™Driveline™和Simscape fluid™更容易地构建液压和汽车模型。

的Simscape流体提供了一种用于建模和仿真的流体系统的组件库。它包括泵，阀门，执行器，管道和换热器的机型。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，和起落架作动系统。发动机冷却和燃油供给系统也可以用的Simscape流体开发。您可以使用的Simscape产品系列中可用的组件集成的机械，电，热等系统。

Simscape动力传动系统提供了一种用于建模和仿真的一维机械系统组件库。它包括旋转和平移部件，如蜗轮，行星齿轮，导螺杆，和离合器的模型。您可以使用这些组件直升机动力传动系统的机械动力，工业机械，汽车动力传动系统和其他应用的传输模型。汽车部件，如发动机，轮胎，变速箱和扭矩转换器，也包括在内。

模型的分析和物理

图的基本模型的示意图1所示。该模型指示泵的流量，Q，以提供压力，p1层流，q1ex，泄漏到排气。用于活塞/缸的控制阀组件被建模为通过可变面积的孔口湍流。它的流量，Q12，导致中间压力，p2，其经历在其连接到所述致动器缸的线随后的压降。气缸压力，p3，在弹簧负载的作用下移动活塞，使活塞处于固定位置X。

图1：基本液压系统的示意图

在泵输出时，流量在泄漏和流量之间被分流到控制阀。我们对泄漏进行建模，q1ex作为层流（见公式1座）。

方程1块

$$ Q = q_ {12} + q_{1例}$$

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

$P_1 = \压裂{（Q-Q_ {12}）} {C_2}$

$Q = \ {MBOX泵流量}$

$Q_ {12} = \ {MBOX控制阀流}$

$Q_ {1EX} = \ {MBOX泄漏}$

$$$ c = \mbox{流量系数$

$p_1 = \mbox{泵压}$

我们用孔板方程模拟通过控制阀的湍流。符号函数和绝对值函数可以满足任意方向的流量(参见方程式2)。

方程2块

$Q_ {12} = C_D \ CDOT A \ CDOT SGN（P_1-P_2）\ CDOT \ SQRT {\压裂{2} {\ RHO} | P_1-P_2 |}$

$$$ C_d = \mbox{孔板流量系数$

$A = \ {MBOX孔口面积}$

$p_2 = \mbox{控制阀下游压力}$

$$$ \rho = \mbox{流体密度$

由于这种流动，气缸内的液体会受到压力，12 = q23处，减去活塞运动的顺应性。在这种情况下，我们还模拟了流体的可压缩性(参见方程式3)。

方程块3

$\压裂{DP_3} {DT} = \压裂{\测试} {V_3} \左（Q_ {12} -A_c \压裂{DX} {DT} \右）$

$V_3 = V_ {30} + A_c \ CDOT X$

$P_3 = \ {MBOX活塞压力}$

$$$ \beta = \mbox{流体体积模量$

$$$ V_3 = \mbox{流体体积在}p_3$

$V_{30}= \mbox{活塞内流体体积}x = 0$

$A_c = \ {MBOX汽缸横截面面积}$

由于水力很大，我们忽略了活塞和弹簧的质量。我们通过微分这一关系并将两者之间的压降纳入其中，完成了方程组p2和p3。方程3个模型层中的线从所述阀致动器流动。方程块4给出了在活塞上的力的平衡。

方程块4

$X = P_3 \压裂{A_c} {K}$

$\压裂{DX} {DT} = \压裂{DP_3} {DT} \压裂{A_c} {K}$

$q_{23}=q_{12}=C_1 \左(p_2-p_3 \右)$

$P_2 = P_3 + \压裂{Q_ {12}} {C_1}$

$K = \ {MBOX弹簧常数}$

$C_1 = \ {MBOX层流系数}$

造型

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

打开模型并运行仿真

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

注意:模型将相关数据记录到MATLAB工作区中，并存入Simulink。金宝appSimulationOutput对象出。信号日志数据存储在外部，在一个叫做sldemo_hydcyl_output。已记录的信号有蓝色指示灯(看到模型）。了解更多关于在Simulink帮助信号记录。金宝app

图2：单缸模型及仿真结果

“泵”子系统

右键单击泵屏蔽子系统并选择面具>下看面具。泵模型计算供应压力作为泵流量和负荷(输出)流量的函数(图3)。Qpump是泵的流量数据（保存在模型工作区）。用的时间点列向量和相应的流动速率的基质[T，Q]指定的流量数据。该模型计算的压力p1如等式块1所示由于Qout的= Q12是的直接作用p1(通过控制阀)，形成一个代数回路。对初始值的估计，P10，提供更有效的解决方案。

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金宝app问参数(参见图4)Ť，Q，P10,C2。然后，我们分配掩蔽块在图2所示的图标，并在Simulink的库保存它。金宝app

图4:输入泵参数

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>下看面具执行器子系统(见图5)。一个微分代数方程系统用压力对钢瓶增压进行建模p3，在方程区块3中作为导数出现，用作状态(积分器)。如果忽略活塞质量，则弹簧力与活塞位置为的正倍数p3速度是的直接倍数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是的总和p3和由于从阀门到气缸的流量而产生的压降(方程块4)。这种关系还通过控制阀和1 / C1收益。

控制阀子系统计算孔口(公式Block2)。它使用上游和下游压力以及可变的孔板面积作为输入。控制阀流量子系统计算有符号的平方根:

$$ y =胡志明市(u) \ sqrt{你| |}$$