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四液压缸仿真

此示例显示如何使用 Simulink® 创建具有四个液压缸的模型。该模型有一个泵和四个作动器。相同的泵压力 p1 驱动每个气缸组件,并且它们的流量总和会加载到泵上。尽管四个控制阀中的每一个都可以独立控制,就像在主动悬架系统中一样,但在这个模型中,所有四个控制阀都接收相同的命令,即孔口面积从零到 0.002 sq.m 的线性斜坡。

要仿真模型,请在 Simulink 工具条点击运行。该模型将相关数据记录到 MATLAB® 工作区中的 Simulink.SimulationOutput 对象 out 中。信号记录数据存储在 out 对象中,位于名为 sldemo_hydcyl4_output 的结构中。记录的信号有蓝色标记。有关详细信息,请参阅可视化和访问信号记录数据

模型参数

泵流量从 0.005 m3/sec 开始,然后在 t=0.05 sec 处下降到 0.0025 m3/sec。通过假设 KAbeta 的单独值,四个气缸中的每一个都表现出独特的瞬态响应。下表给出了四种作动器的特性。

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Parameter       |  Actuator1   Actuator2   Actuator3   Actuator4
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Spring Constant |  K           K/4         4K          K
Piston Area     |  Ac          Ac/4        4Ac         Ac
Bulk Modulus    |  Beta        Beta        Beta        Beta/1000
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Beta = 7e8  Pa  [fluid bulk modulus]
K    = 5e4  N/m [spring constant]
Ac   = 1e-3 m^2 [cylinder cross-sectional area]

所有活塞的面积和弹簧常数的比率都是相同的,因此活塞应该具有相同的稳态输出。每个作动器子系统的主导时间常数与 $\frac{A_c^2}{K}$(从维度分析获得的结果)成比例,因此您可以预期活塞组件 2 比组件 1 更快。预计活塞组件 3 的速度将比活塞组件 1 或 2 慢。活塞组件 4 的体积模量 β 明显较低,就像空气的情况一样,因此您可以预期活塞组件 4 的响应会比活塞组件 1 更迟缓。

结果

这些图显示了仿真过程中的活塞位置和泵供给压力。

四个作动器在 t=0 处接收初始流动冲击作为压力脉冲。泵压力 p1 最初较高,但由于四个负载的高流量需求而迅速下降。在初始瞬态期间,大约 4 msec,不同的响应识别出每个组装单元的个体动态特性。

根据参数值预测,作动器 2 的响应速度比作动器 1 更快。第三和第四个活塞的速度要慢得多,因为它们需要更多的工作流体来移动相同的距离。对于作动器 3,由于活塞的横截面积较大,因此其排量较大。对于作动器 4,尽管排量与作动器 1 相同,但该装置需要更多的流体,因为它随后被压缩。

当泵压力下降到气缸内的水平时,行为上的区别就变得模糊了。各个响应融合成一个整体系统响应,从而维持各个组件之间的流动平衡。在 t=0.05 sec 时,泵流量下降到接近平衡的水平,并且作动器流量几乎为零。正如设计所预测的那样,各个稳定状态活塞的位置是相等的。

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