全液壓地下卷取機液壓系統仿真

羅翔晏

摘 要：論文介紹了自動控制技術是全液壓地下卷取機的關鍵核心技術，該技術將直接影響鋼卷的卷取質量。本文通過建立全液壓地下卷取機的卷筒液壓系統、助卷輥液壓系統、夾送輥液壓系統和側導板液壓系統各系統的數學模型，得到各系統的傳遞函數。論文結合系統工程、流體力學和經典控制論等理論，并利用MATLAB的仿真工具箱SIMULINK，建立了全液壓地下卷取機液壓系統的計算機仿真模型。在此基礎上，對模型作了計算機仿真，并應用仿真結果對全液壓地下卷取機的卷筒液壓系統、助卷輥液壓系統、夾送輥液壓系統和側導板液壓系統各系統工作穩定性分析。對于液壓伺服系統的設計、設備調試和維護管理具有重要的實際意義。

關鍵詞：液壓伺服系統；傳遞函數；動態建模與仿真；SIMULINK

引言

隨著液壓技術的不斷發展與進步和應用領域與范圍的不斷擴大，液壓傳動與控制系統本身越來越復雜，要求的傳遞動力范圍更大、控制精度更高，系統柔性化與系統各種性能要求更高，所有這些都對液壓系統的設計提出了新的更高的要求。采用傳統的以完成執行機構預定動作循環和滿足系統靜態特性要求的系統設計遠遠不能滿足上述要求。因此對于現代液壓系統的設計研究人員來說，對液壓傳動與控制系統進行動態特性研究，了解和掌握液壓系統工作過程中動態工作特性和參數變化，以便進一步改進和完善液壓系統，提高液壓系統的響應特性，提高運動和控制精度以及工作可靠性，是非常必要的。

液壓系統動態特性是其在失去平衡狀態到達新的平衡狀態這一過程，所表現出來的特性，引起此動態過程的原因歸納起來主要有兩個：一個是傳動與控制系統的過程變化引起的；另一個是由外界干擾引起的。在這一過程中，系統中各參變量都在隨時間變化，這種變化過程性能的好壞，就決定系統動態特性的優劣。研究液壓系統動態特性的主要問題有兩個方面：一方面是穩定性問題，即高壓系統中壓力瞬間峰值與波動情況，主要分析液壓系統是否會因為壓力峰值過高而產生壓力沖擊，或系統經過動態過程后，是很快到達新的平衡狀態，還是形成較持續的振蕩；另一方面是過渡過程品質問題，即執行機構和控制機構的響應品質和響應速度，主要研究系統達到新的穩定狀態所經歷的過渡時間，達到壓力峰值的時間以及速度、位移等參數隨時間的變化等。

1.研究液壓系統動態特性的主要方法

研究液壓系統動態特性的主要方法有傳遞函數分析法、模擬仿真法、實驗研究法和數字仿真法等。

1.1 傳遞函數分析法

傳遞函數分析法是基于經典控制理論的一種研究方法。用經典的控制理論對液壓系統進行動態特性分析通常只限于單輸入、單輸出的線性系統，一般先建立系統的數學模型，寫出其增量形式，然后進行拉普拉斯變換，從而寫出傳遞函數，再將傳遞函數用波德圖表示。通過相頻曲線或幅頻曲線分析其響應特性，或是進行拉普拉斯逆變換。遇到非線性問題，常常不考慮其非線性或簡化成線性系統。因此用這種方法分析液壓系統的動態特性具有一定的局限性，也不可避免的會出現誤差。

1.2 模擬仿真法

模擬仿真法是在計算機特別是微型計算機還未發展到如今這樣普遍的時候，用模擬計算機或模擬電路來進行液壓系統動態特性的模擬分析方法。該方法具有接近實際情況、系統參數調整和調試簡單以及運算速度快等優點，但最大的缺點是運算精度低。

1.3 實驗研究法

用實驗研究法分析液壓系統的動態特性也是一種行之有效的研究手段，特別是過去還沒有數字仿真等實用的理論研究方法是，只能依靠實驗方法進行分析。通過實驗研究可以直觀地、真實地了解液壓系統動態特性和參數變化，但是用這種方法分析系統周期長、費用高、且往往不具有通用性。如今，實驗研究法常常作為對重要的液壓系統動態特性的數字仿真或其他理論研究結果進行驗證的手段，或是作為對液壓系統動態建模與仿真方法、對所建模型與仿真結果進行驗證的方法與手段。

1.4 數字仿真法

隨著控制理論的進步和計算機技術的發展，數字仿真法便是利用計算機技術研究液壓系統動態特性的一種新方法。此方法先是建立液壓系統動態過程的數字模型――狀態方程，然后在計算機上求出各種主要變量在動態過程的時域解。數字仿真具有周期短和費用低等優點。

對液壓系統進行仿真分析，不僅為系統的設計和調試提供了強有力的理論依據，而且在優化系統性能方面使得專業技術人員在調整系統參數時能夠有的放矢。

2.卷取機自動控制原理研究

卷取機的主要設備有入口側導板裝置、夾送輥裝置、機架、助卷輥裝置、主傳動裝置、卷筒裝置、卷筒活動支撐裝置等，其中側導板、夾送輥、助卷輥和卷筒采用液壓伺服控制系.

3.結束語

上文對全液壓地下卷取機的工藝進行較深入的研究，目的在于工藝更好地指導控制、設備維護、管理，穩定和提高產品質量。通過建立了全液壓地下卷取機的卷筒液壓系統、助卷輥液壓系統、夾送輥液壓系統和側導板液壓系統各系統的數學模型，得到了各系統的系統傳遞函數，借助MATLAB的仿真工具箱SIMULINK，建立了液壓系統的計算機仿真模型，并得到了計算機仿真結果，通過應用仿真結果對液壓系統進行了動態特性分析。使得我們能夠更加深入學習卷取機液壓伺服系統的原理，了解系統各環節參數的改變對整個系統的穩定性、精度的影響，對于設備調試和維護管理具有重要的實際意義。

但是，系統的動態特性分析涉及到多個學科的知識，分析過程中難免有考慮不周之處，這需要在今后進一步研究和探討。

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