基于AMESim的摩擦性能試驗臺閉環力控制系統研究

王公濤，王野牧

(沈陽工業大學 機械工程學院，沈陽 110870)

0 引言

摩擦性能試驗臺是測量液壓離合器以及離合器摩擦片性能的試驗臺，其中液壓控制系統是試驗臺完成功能的關鍵部分，控制其動作，實現離合器的制動。而關鍵部分的設計要求是額定加載力為6 t，控制精度在1.0%。

1 試驗臺液壓系統工作原理

圖1是摩擦性能試驗臺液壓控制系統原理圖。采用輸出壓力較高的定量軸向柱塞泵，液壓油經過液壓泵加壓后，一路經過電磁換向閥控制離合器，另一路經過比例伺服閥控制液壓缸，液壓缸內有內置傳感器可以保證傳感器測量的準確性。液壓缸試驗臺中的液壓離合器是通過電磁換向閥7控制，液壓缸由比例伺服閥15，力傳感器18等構成閉環力控制系統。減壓閥是為了使得壓力平穩，減小振動；溢流閥10為安全閥。圖中兩個冷卻器為耐高溫的風式冷卻器，串聯使用，為了降低液壓油回油箱的溫度。

2 液壓控制系統AMESim建模與仿真

2.1 比例伺服閥的仿真模型

比例伺服閥的各項指標會直接影響系統壓力控制的控制精度、響應時間和穩定性，為了更好地對液壓系統進行建模與仿真，需對比例伺服閥進行建模與仿真，使其更接近與實際所選用產品的參數值。運用AMESim軟件建立比例伺服閥的仿真模型，如圖2所示。然后對此模型進行動靜態仿真，使其與真實的伺服閥的技術指標相符，最后得到比例伺服閥的模型設置參數，如表1所示。

圖1 摩擦性能試驗臺液壓控制系統原理圖

圖2 伺服比例閥的仿真模型

參數名稱數值二階振蕩阻尼系數0.7摩擦系數500閥芯直徑/mm 10閥芯頂部直徑/mm 5槽數2槽寬/mm1.3槽深/mm 2最大流動系數0.68閥芯位移/mm0.4正開口量/mm0.15

2.2 建立控制系統仿真模型

控制系統的仿真模型如圖3所示，由指令信號、放大器、比例伺服閥、力傳感器構成的閉環控制系統，控制液壓缸活塞缸的輸出。另外在力傳感器上加上干擾信號，在比例伺服閥上加死區和滯環參數，形成一個完整地閉環系統。

2.3 控制系統的的特性分析

實驗臺的主要控制參數是加載力，通過加載力控制液壓缸的壓力。如圖4所示，是加載額定力6 t時，伺服油缸的壓力曲線圖，但是技術所要求的壓力在20 MPa，由圖中可以看出，系統沒有達到要求，并且控制精度也沒有達到標準。

圖3 系統仿真模型

圖4 未加PID位移曲線

為了消除誤差，增加PID校正環節，經過多次調整參數之后，將PID的參數設置為P=6，I=248，D=0.28,得到仿真曲線如圖5所示。活塞桿的壓力達到20 MPa，并且達到控制系統的要求。

圖5 加入PID校正環節壓力曲線

3 結束語

(1)仿真結果顯示此液壓控制系統的原理方案是可行的，能夠滿足設備的技術要求；(2)采用比例伺服閥對其液壓缸進行控制并建立數學模型然后對其系統進行總體的控制的思路是可行的；(3)仿真采用PID進行校正，使得液壓缸在滿足力閉環控制系統的情況下，滿足系統要求，提高了力控制的準確性。

[1] 王云峰，劉丞博，王公濤，等. 全自動液壓控制給料設備[J].煤礦機械,2017(02).

[2] 王野牧，孟照成. 液壓運動控制試驗臺垂直力控制系統研究[J].機床與液壓，2016(01).

[3] 盧江輝.0.6 MN自由鍛液壓機閥控缸力閉環控制 特性研究[D].秦皇島:燕山大學，2015.

[4] 鄭富樂.液壓伺服比例試驗臺加載力系統研究[D].沈陽:沈陽工業大學,2012

[5] 周士昌.液壓系統設計[M].北京:機械工業出版社，2004.

[6] 徐瑞銀.液壓傳動技術[M]. 濟南：山東科技技術出版社，2009.

[7] 付永林，祁曉野. AMESim系統建模與仿真：從入門到精通[M].北京：北京航空航天大學出版社，2006.

[8] 梁全，謝基晨，聶利衛. 液壓系統AMESim計算機仿真進階教程[M].北京：機械工業出版社.