付辰琦

(吉林農業(yè)大學 工程技術學院, 吉林 長春 130000)

基于AMESim的電液伺服振動臺蓄能器的仿真研究*

付辰琦

(吉林農業(yè)大學 工程技術學院, 吉林 長春 130000)

電液振動臺在應用中瞬時流量容易發(fā)生變化并對振動頻率產生影響。蓄能器能瞬時供給大流量。構造用蓄能器為輔助能源的電液振動臺系統(tǒng)，闡述蓄能器對振動臺系統(tǒng)的供油過程，分析帶有不同蓄能器系統(tǒng)的動態(tài)特性，優(yōu)化蓄能器的瞬時流量供應，確定系統(tǒng)中蓄能器具體參數(shù)和個數(shù)的方法，提高了電液振動臺的振動響應頻率。

電液振動臺;蓄能器;仿真分析

0 引 言

電液伺服振動臺是擁有激振、測試以及軟件分析等多項功能于一體的振動測試系統(tǒng)[1-3]。在導彈環(huán)境測試、工程機械的路況分析以及高層建筑的抗震等模擬實驗中起重要作用，擁有良好的前景，是未來模擬實驗的前進方向[4-5]。電液伺服振動臺有大推力、大位移、高頻響等特點，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，連續(xù)工作時間長，在檢測產品安全性、提高產品質量、降低生產成本和改進生產工藝中廣泛應用。在實際應用對振動臺振動頻率的要求逐漸增高，振動的功率要求也在增大。振動臺要求能夠工作在不同的頻率下，滿足高低頻等工況的要求[6-7]。液壓振動臺擁有很大的作用力，工作時候的頻段可分為低頻段和高頻段，工作行程具有長短兩種行程情況，通過計算機控制程序的變化實現(xiàn)自動控制。改變裝蓄能器的不同安裝達到系統(tǒng)的高頻響應，研究蓄能器作輔助動力源的具體工況，優(yōu)化蓄能器的參數(shù)設置和個數(shù)，做出完善的帶有蓄能器的電液伺服振動臺系統(tǒng)。

1 電液振動臺液壓系統(tǒng)原理

電液伺服振動臺液壓系統(tǒng)由伺服缸、電液伺服閥、定量泵、蓄能器、溢流閥、位移傳感器、控制器等部分組成，是一套典型的閥控缸系統(tǒng)。位移傳感器采集的反饋信號傳到控制器，控制器輸出控制信號調節(jié)伺服閥和蓄能器能液壓元件改變液壓缸的運動。采集的信號包括活塞桿位移，速度以及頻率等。電液振動臺的液壓伺服系統(tǒng)的原理圖如圖1所示。

圖1 電液振動臺液壓系統(tǒng)原理圖1.油箱 2.過濾器 3.液壓泵 4.單向閥 5.蓄能器 6.液壓伺服閥 7.液壓缸 8.冷卻器 9.回油過濾器 10.壓力閥

定量泵是振動臺液壓系統(tǒng)的動力源。液壓油通過單向閥后到電液伺服閥。為增大系統(tǒng)的頻率，伺服閥在控制電信號的作用下改變伺服液壓缸的運動方向，使伺服缸活塞帶動運動平臺進行振動。液壓缸回油液通過流經伺服閥后，經冷卻器和過濾器循環(huán)回到主油箱。蓄能器在振動臺液壓系統(tǒng)中起著重要的作用，在液壓缸需求流量較小時存儲多余的油液，在液壓缸需求流量較大時與液壓泵一起供油，是系統(tǒng)的輔助動力源。溢流閥控制系統(tǒng)的壓力值。振動臺的電液伺服閥通常為力馬達滑閥式，直接驅動閥芯運動的力馬達的控制力，控制信號的輸入電流值越大在高頻下流量的輸出越大。

2 電液振動臺系統(tǒng)的仿真模型

打開AMESim軟件運行的環(huán)境后，新建一個新的系統(tǒng)，點擊Sketch mode按鈕，進入草圖模式，分別使用軟件自帶的機械庫、液壓庫和信號庫搭建系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 電液伺服振動臺系統(tǒng)的仿真模型1.液壓伺服缸 2.負載的質量塊 3.位移傳感器 4.控制的信 號輸入 5.控制模塊 6.液壓伺服閥 7.蓄能器 8.電機 9.液壓泵 10.液壓溢流閥 11.過濾器 12.冷卻器 13.液壓油箱

位移傳感器將伺服液壓缸的位移轉換成控制信號，與輸入的位移控制信號進行比較，將比較的差值通過放大器進行比例放大，控制電液伺服閥動作，從而控制伺服缸的供油情況及位移情況。伺服缸的輸出位移與設定位移信號存在偏差，系統(tǒng)就會利用位移傳感器自動調節(jié)伺服缸的輸出位移，來減少兩者的差值。伺服閥通過控制其開口度比例控制執(zhí)行機構的上下振動。

依靠振動臺系統(tǒng)和元件庫中的元件，草圖繪制搭建完成系統(tǒng)仿真模型后，進入子模型模式，對各個元件對子模型進行設置以及對參數(shù)進行設定。子模型模式點擊按鈕，圖標保持正常樣子證明與子模型是相互關聯(lián)的。根據(jù)實際需要為每個元件選擇子模型,點擊優(yōu)化默認的推薦子模型按鈕。在建立完成子模型后，在參數(shù)模式下設置仿真模型各個環(huán)節(jié)參數(shù)，點擊參數(shù)模式按鈕，保存系統(tǒng)有顯式狀態(tài)變量，沒有隱式變量，當標注結束按鈕出現(xiàn)時，關閉窗口。點擊每一個元件查看它們的當前參數(shù)。根據(jù)實際元件參數(shù)對仿真模型中每一個元件設置參數(shù)，根據(jù)計算的機構的參數(shù)，改變參數(shù)的數(shù)值。

3 仿真結果及分析

為研究蓄能器作為電液伺服振動臺的輔助動力源時系統(tǒng)的動態(tài)響應特性，對比分析安裝蓄能器是否能夠提高電液振動臺的響應頻率，以及如何對蓄能器的參數(shù)進行最優(yōu)設置，分別對無蓄能器和安裝蓄能器進行仿真，對比研究蓄能器在振動臺系統(tǒng)中的作用。

系統(tǒng)不安裝蓄能器時，電液伺服閥、伺服缸和液壓泵等元件的各參數(shù)都設置完成以后，對振動臺系統(tǒng)進行跟蹤響應特性仿真。當正弦指令信號的頻率為50 Hz，振幅為1mm時，對電液振動臺的系統(tǒng)進行仿真。在參數(shù)模式下設置正弦指令信號的頻率、振幅。在運行模式中的運行參數(shù)中設置運行時間，調節(jié)設置PID控制器的參數(shù)，啟動開始仿真按鈕運行仿真。可得到低頻時的伺服缸活塞桿的位移曲線如圖3所示。

圖3 低頻下活塞桿的位移曲線

系統(tǒng)在低頻時流量充足，活塞桿的實際位移與期望位移之差較小，雖然開始時相位滯后較大，振幅較小，但是0.07s系統(tǒng)振動穩(wěn)定后，最大振幅便達到理論值，滿足電液伺服系統(tǒng)的振動要求。在仿真過程中，伺服閥A、B、P、T口的流量的變化的最大瞬時流量為符合理論計算值。當正弦指令信號的頻率為200 Hz，振幅為0.05 mm時，對電液振動臺的系統(tǒng)進行仿真。在運行模式中的運行參數(shù)中設置運行時間，設定好PID控制器的參數(shù)，然后運行仿真?？梢缘玫礁哳l時的伺服缸活塞桿的位移曲線，如圖4～7所示。

圖4 低頻下伺服閥A口的流量曲線 圖5 低頻下伺服閥B口的流量曲線

圖6 低頻下伺服閥P流量曲線口的 圖7 低頻下伺服閥T流量曲線口的

當輸入正弦信號的頻率設置為200 Hz時，仿真開始時振幅較小，相位也滯后，但是當系統(tǒng)振動穩(wěn)定后，系統(tǒng)的最大振幅只能達到0.04 mm，振幅明顯小于理論值，這就是由于系統(tǒng)流量供應不足造成的。在仿真中可以看出系統(tǒng)流量明顯不足，伺服閥A、B、P、T各油口的流量連續(xù)變化規(guī)律曲線如圖8～11所示。

圖8 高頻下伺服閥A口的流量曲線 圖9 高頻下伺服閥B口的流量曲線

圖10 高頻下伺服閥P口的流量曲線 圖11 高頻下伺服閥T口的流量曲線

仿真系統(tǒng)中增加蓄能器以后，其余元件的參數(shù)不變時，通過對PID的參數(shù)進行調節(jié)，設置正弦信號的頻率為200 Hz，最大振幅為0.05 mm。當P=950，I=0，D=5.2時，得到的液壓缸活塞桿的位移仿真曲線如圖12所示。

圖12 帶蓄能器前后活塞桿的位移曲線

當頻率為200 Hz時最大振幅達到了0.05 mm，達到了理想的理論計算值，且相位滯后不大，系統(tǒng)很快達到了穩(wěn)定的狀態(tài)。通過對比可以清楚的看出蓄能器作為輔助動力源對振動臺系統(tǒng)調節(jié)起到的作用。

4 結 語

通過在仿真軟件AMESim中建立并仿真分析了電液伺服振動臺的液壓系統(tǒng)，對比使用和關閉蓄能器兩種系統(tǒng)工況的仿真結果，分析在高低頻振動系統(tǒng)下不同的仿真曲線，證明了蓄能器在高頻電液振動臺中的輔助供油作用。仿真結果表明，通過優(yōu)化蓄能器參數(shù)及集成控制器的參數(shù)，能夠顯著提高電液振動臺的響應頻率。

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Simulation Research on Electro-hydraulic Vibration Test Accumulator Based on AMESim

FU Chen-qi

(EngineeringandTechnologyInstitute,JilinAgriculturalUniversity,ChangchunJilin130000,China)

Instantaneous flow easily change the vibration frequency in electro-hydraulic vibration test applications. The accumulator is supplied with a large flow instantaneously. In this paper，the auxiliary energy accumulator electro-hydraulic shaker system is constructed, the fueling process of shaker to system accumulator is elaborated, the dynamic characteristics with different energy storage systems are analyzed，the accumulator instantaneous flow supply system is optimized to study the method of determining the specific parameters and the number of accumulators, which can improve the vibration response frequency of electro-hydraulic shaker.

electro-hydraulic vibration test；accumulator；simulation analysis

2014-01-02

付辰琦(1988-)，男, 內蒙古興安盟人,碩士,研究方向:電液控制系統(tǒng)創(chuàng)新設計與應用開發(fā)。

TH137

A

1007-4414(2014)02-0112-03