基于Simulink壓磚機(jī)液壓系統(tǒng)仿真平臺(tái)的開發(fā)研究

匡偉春+趙曉東+賴勇聰

【摘 要】基于Simulink壓磚機(jī)液壓系統(tǒng)仿真平臺(tái)，集合了壓磚機(jī)液壓系統(tǒng)中液壓元件的仿真模型，構(gòu)建了仿真元件庫(kù)。以液壓系統(tǒng)某一回路仿真為例驗(yàn)證仿真平臺(tái)的可行性和有效性，表明該平臺(tái)能夠高效、方便地搭建好壓磚機(jī)液壓系統(tǒng)回路的仿真模型，為工程技術(shù)人員和設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)計(jì)算和參數(shù)優(yōu)化提供了仿真平臺(tái)。

【關(guān)鍵詞】液壓系統(tǒng)；Simulink；元件庫(kù)；仿真平臺(tái)

0 前 言

作為陶瓷墻地磚生產(chǎn)線中的關(guān)鍵機(jī)械設(shè)備之一的全自動(dòng)液壓壓磚機(jī)（簡(jiǎn)稱壓磚機(jī)），是機(jī)電液一體化的現(xiàn)代化陶瓷裝備。隨著陶瓷工業(yè)領(lǐng)域技術(shù)的蓬勃發(fā)展，對(duì)壓磚機(jī)的液壓系統(tǒng)各項(xiàng)性能都提出了更高的要求[1]。

文獻(xiàn)[2]在機(jī)電綜合管理框架下，設(shè)計(jì)了飛機(jī)液壓系統(tǒng)仿真平臺(tái)，有效地實(shí)現(xiàn)實(shí)際液壓系統(tǒng)的所有功能特性，為飛機(jī)機(jī)電綜合管理的最終實(shí)現(xiàn)提供有利支撐。文獻(xiàn)[3]構(gòu)建了基于 Simulink 的機(jī)電液系統(tǒng)集成化仿真平臺(tái)。文獻(xiàn)[4]構(gòu)建了基于MATLAB/SIMULINK打樁機(jī)液壓打樁機(jī)液壓系統(tǒng)仿真平臺(tái)。基于Simulink壓磚機(jī)仿真平臺(tái)的建立，實(shí)現(xiàn)了快速建立壓磚機(jī)的液壓系統(tǒng)仿真回路，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能分析和參數(shù)設(shè)計(jì)。

1 壓磚機(jī)液壓系統(tǒng)的元件鍵合圖模型

壓磚機(jī)液壓系統(tǒng)中有幾十種液壓元件，這里從液壓系統(tǒng)中選取典型的液壓元件之一插裝閥進(jìn)行模型分析。插裝閥在壓磚機(jī)液壓系統(tǒng)中作為快排油閥使用，它通油流量大，壓力損失小，可看成液阻效應(yīng)，建立插裝閥的功率鍵合圖模型如圖1，表示一種因果關(guān)系下的鍵合圖模型。

式中：pi為流入插裝閥的液體壓力；po為流出插裝閥的液體壓力；R為插裝閥中產(chǎn)生的液阻。

2 利用Simulink建立插裝閥仿真模型

Simulink是MathWorks公司開發(fā)的一個(gè)有重要影響力的軟件產(chǎn)品。Simulink包含7種子模型庫(kù)，子模型庫(kù)隨著該軟件的發(fā)展，不斷得到豐富。根據(jù)液壓元件的鍵合圖模型，能推導(dǎo)相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。在Simulink中，把數(shù)學(xué)模型的公式轉(zhuǎn)換成液壓元件的仿真模型，再將其封裝成對(duì)應(yīng)元件的仿真子模型。

根據(jù)插裝閥兩種不同因果關(guān)系的鍵合圖模型，可得到兩個(gè)數(shù)學(xué)關(guān)系模型，以插裝閥1為例建立模型如下。

插裝閥產(chǎn)生的液阻Rc1：△pc1=Rc1qc1；1結(jié)點(diǎn)：△pc1=pgi-pc1。

根據(jù)數(shù)學(xué)關(guān)系模型和功率鍵合圖在同一節(jié)點(diǎn)處的不同因果關(guān)系，建立插裝閥1的仿真模型，如圖2所示，然后把子系統(tǒng)封裝起來。

3 仿真平臺(tái)的搭建

3.1 元件庫(kù)的建立

在Simulink中，用戶可以把自定義的模塊放在自己定制的庫(kù)中。建立壓磚機(jī)液壓系統(tǒng)的仿真元件庫(kù)，新建Library，將封裝好的液壓元件模塊或其它模塊拖放到新建的庫(kù)中如圖3所示， 保存模塊庫(kù)，引用塊的內(nèi)容可以根據(jù)需要進(jìn)行修改。

3.2 Simulink庫(kù)瀏覽器中加入液壓元件庫(kù)

創(chuàng)建的用戶庫(kù)若要顯示在Simulink的瀏覽器中，需要建立一個(gè)m文件，在m文件中描述所要添加的用戶庫(kù)。也可以直接拷貝已有的文件作為模板，然后重新編輯。Simulink庫(kù)瀏覽器中，用戶給出要顯示的模塊及名稱，定義Browser數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和BlocksetStruct結(jié)構(gòu)，然后把目錄加入到MATLAB的路徑中，再次打開時(shí)在Simulink瀏覽器中就會(huì)顯示新的模塊庫(kù)。

4 仿真平臺(tái)應(yīng)用實(shí)例

如圖4所示，根據(jù)壓磚機(jī)的液壓回路，在仿真平臺(tái)中找到對(duì)應(yīng)液壓元件，建立了某一復(fù)雜過程液壓回路的仿真實(shí)例，通過輸入?yún)?shù)，可以觀看其中的液壓泵出口流量仿真結(jié)果曲線。

5 結(jié)束語

（1）通過對(duì)立壓磚機(jī)液壓系統(tǒng)主要液壓元件的工作情況分析，得到液壓元件功率鍵合圖模型、推導(dǎo)數(shù)學(xué)模型、建立液壓元件仿真模型，將各個(gè)元件的仿真模型封裝添加生成元件庫(kù)，建立壓磚機(jī)液壓系統(tǒng)仿真平臺(tái)，在平臺(tái)上可以方便快捷的根據(jù)不同工作過程建立系統(tǒng)中各個(gè)回路的仿真模型。

（2）仿真平臺(tái)的建立可以幫助技術(shù)人員很好的對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，可添加參數(shù)的分析變化曲線，帶來了設(shè)計(jì)分析工作上的極大便利，也省去了元件的單獨(dú)建模過程，平臺(tái)所有參數(shù)的數(shù)值都能方便的進(jìn)行修改，可以通過平臺(tái)進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張柏清，林云萬.陶瓷工業(yè)機(jī)械與設(shè)備[M].北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，1999.

[2]鄧碩，楊波，王云路，等.飛機(jī)機(jī)電綜合管理框架下的液壓系統(tǒng)仿真平臺(tái)[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，38（5）：614-619.

[3]馬長(zhǎng)林，李鋒，郝琳，等.基于Simulink的機(jī)電液系統(tǒng)集成化仿真平臺(tái)研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2008，20（17）：4578-4581.

[4]易梅芝，鄺昊.基于MATLAB/SIMULINK構(gòu)建打樁機(jī)液壓打樁機(jī)液壓系統(tǒng)仿真平臺(tái)[J].建筑機(jī)械，2005（9）：58-60.endprint