1、PDF外文：http:/ 中文 4070 字 出处： Akkaya A V. Effect of bulk modulus on performance of a hydrostatic transmission control systemJ. Sadhana, 2006, 31(5): 543-556. 附录 2 体积模 量 对液压传动控制系统的影响 Yildiz Technical University Mechanical Engineering Department,， 34349 Besiktas,Istanbul,Turkey e-mail:aakkaya
2、yildiz.edu.tr MS received 9 September 2005；revised 20 February 2006 摘要 . 这篇研究报告，我们主要通过 PID（比例积分微分）控制方式检 测 液压控制系统对角速度控制的 Matlab 仿真。 有一个地方 很值得关注，包括对体积模量控制分析系统。仿真结果表明，体积模 量 通过变参数可以获得更实用的模型。此外， PID 控制器的不足之处 在于 对变体积模量角速度的控制，而模糊控制 能够实现 较好的控制。 关键词 液压传动；体积模量； PID(比例积分微分 )；模糊控制
3、; 1.引言 液压 传动 系统 是种输出可实现无级调速的理想动力传递方式，这样在工程中得到了广泛的应用，特别是在制造领域，自动化和重型 车辆。它能够提供快速的响应，在变负载情况下能保持精确的传动速度， 可以改善能量 的 利用效率和变 功率传动 。液压传动的基础为 液压系统。一般来讲，它包括由异步电动机驱动的变量泵，定量或变量马达，所有要求控制的都在一个简单的 控制柜中 。通过调节泵或者马达的排量， 实现 无级调速。 制造厂商和研究人员不断的改进性能和降低液压传动系统成本。尤其是近十年，体积模量在液压传动和 控制系统的研究 中 引起了人们的关注。一些这方面的
4、研究专题在学术期刊中可以找到。 Lennevi 和 Palmberg、 Lee 和 Wu 运用各种转速控制算法求液压系统的液压力得到了很好的发展和应用。所有这些设计用的体积模量都是固定值， 适用 的压力范围广。但是，实际上体积模量是液压系统 中 必须考虑的因素。因温度 变化和大气压，体积模量可在运行过程中求出液压系统的液压力。一点空隙 足以大副减少体积模量。此外，系统压力起着重要的作用在体积模量值上。非线性影响了体积模量的不稳定，例如：压力振动导致的压力波会对液压系统的运行不利，还有可能 会因磨损而导致部件的使用寿命缩短，干扰控制系统，降低 了 效率和增加 了 噪音。尽管有这些不良的影响，但
5、在液压传动系统中很少有关于体积模量的研究。 1994 年 Yu 等人开发了一个参数辩识的方法，通 2 过长的管子来测量压力波在液压传动系统中对液压油体积模量的影响。 Marning (1997)发现 了 液压油体积模量与液 压系统压力之间的线性关系。 但是，迄今为止，在 液压传动控制 的 设计过程 中，还没有 文献 将 体积模 量 考虑进 液压传动控制 系统的 动态模型 中 。事实上， 典型 的 液压传动系统变体模 量 比 普通的 液压传动系统有更复杂的动态 过程。 因此 ,伺服控制 系统 的 稳态、 动态 状况 对 体积模变得更为重要 ,因为闭环系统本身 不会 引起稳定 性 问题
6、 。 体 积 模 量 无法直接确定 ,这样 须 要 估计 。 基于这一估计 , 在液压 控制系统 中 可能 要 采 用 修正 的方法 。 体积模 量 复杂的动态相互作用 和控制 方式 是 用仿真建模和分析 软件来监测的。 做一个真正 的 模型系统是非常复杂和 费时 的 ， 模拟 仿真 测试 是非常有利的。 伺服液压传控制系统 是解决这个问题的好办法。 静态和动态模 的仿真 试验 不需要 昂贵的 模 型 。仿真还能缩短产品的设计周期。 这项研究的重点 是 一个 典型 的 液压传动控制系统 。 非线性系统模型 是通过MATLAB 的仿真软件 来研究的。 该系统模型 是由 泵 、 阀 、
7、 液压马达、液压管 等组 件 组合而成 。另外， 变体积模 量将 描述 出 影响系统动力学 的 现象与控制算法 。为此，两个不同的液压 软管 仿真模型被 分别 接入 系统模型 中 。另外， 利用模型 来设计 控制 的 过程 。 液压马达 角速度 的控制是通过 PID(比例积分微分 )和 模糊控制器 来完成的。在第一个模型中，液压系统的体积模 量 和角速度 假设 为一个定值，并由 典型 的 PID(比例积分微分 )和模糊控制器来控制 。 第二 个 模 型 ,体积模 量 被定义为 可变参数 ，这个参数 取决于 大气压和 系统的压 力。 在 应用 同一 PID 控制参数 的情况下， 这种
8、新模式适用于 液压系统 的 速 度控制 。接下来， 模糊控制器 应用于 这一新模式 中，可 以判断 体积模 量 的非线性关系。两种控制办法的仿真结果被用来对比分析体积模 量 在液压系统中的不同情况。 2 数学模型 液压系统的物理模型如图 1 所示。 变量泵 由异步电动机驱动，提供液压能给传动系统来产生固定的体积模量效应，变量马达驱动负载。为了不让系统 产生过高的压力，使用减压 阀 来解决。 3 图 1. 液压传动系统 从客观的角度来看这个研究，系统的数学模型应该 越简单越好。与此同时， 它必须包括重要的实际特征。了解单独组件的目的
9、是 为了 更好的了解系统模型。利用物理基础知识，目前 可以得到平衡和连续性方程。模型反映出了每个组件动态状态 时 的情况。通过了解每个组件， 将所有组件联系起来 可以了解整个系统，从而得到整个系统模型。本文中，利用各组件来开发液压系统模型是早期所用到的方法。 2.1 变量泵 假设原动机（异步电动机）的角速度是个常数。因此，联结泵的轴的角速度也是个恒定的值。泵的流量可以通过变量泵的斜盘角度和位移得到如下关系： Qp = kp vp, &
10、nbsp; (1) 式中， Qp 表示泵的流量 (m3/s)， 表 示斜盘的倾斜角度 ()， kp 表示泵的系数， vp 表示泵的容积效率，假设这个参数与泵自转角度没有关系。 2.2 减压阀 为了简化，减压阀不考虑动态因素的影响，这样，可以得到减压阀在开启和关闭时的两个流量方程。 Qv = kv(P Pv), 如果 P 大于 Pv, &n
11、bsp; (2) Qv = 0, 如果 P 小于等于 Pv, (3) 式中， kv 表示阀的静态特性， P 表示系统的压力（帕）， Pv 表示 开启压力（帕）。 2.3 液压管 作为传统模型，高压管用于连接泵和马达，在这里体积模量是个固定值。变体积模量在接下来的章节中讨论。 流体的可压缩性关系如下式（ 4）所示。等式（ 5）提出了在给定流量时压力值的求法。假设液压管对系统的压降忽略不计。
