基于AMESim的电液伺服振动台蓄能器的仿真研究*

付辰琦

(吉林农业大学 工程技术学院, 吉林 长春 130000)

基于AMESim的电液伺服振动台蓄能器的仿真研究*

付辰琦

(吉林农业大学 工程技术学院, 吉林 长春 130000)

电液振动台在应用中瞬时流量容易发生变化并对振动频率产生影响。蓄能器能瞬时供给大流量。构造用蓄能器为辅助能源的电液振动台系统，阐述蓄能器对振动台系统的供油过程，分析带有不同蓄能器系统的动态特性，优化蓄能器的瞬时流量供应，确定系统中蓄能器具体参数和个数的方法，提高了电液振动台的振动响应频率。

电液振动台;蓄能器;仿真分析

0 引 言

电液伺服振动台是拥有激振、测试以及软件分析等多项功能于一体的振动测试系统[1-3]。在导弹环境测试、工程机械的路况分析以及高层建筑的抗震等模拟实验中起重要作用，拥有良好的前景，是未来模拟实验的前进方向[4-5]。电液伺服振动台有大推力、大位移、高频响等特点，系统稳定可靠，连续工作时间长，在检测产品安全性、提高产品质量、降低生产成本和改进生产工艺中广泛应用。在实际应用对振动台振动频率的要求逐渐增高，振动的功率要求也在增大。振动台要求能够工作在不同的频率下，满足高低频等工况的要求[6-7]。液压振动台拥有很大的作用力，工作时候的频段可分为低频段和高频段，工作行程具有长短两种行程情况，通过计算机控制程序的变化实现自动控制。改变装蓄能器的不同安装达到系统的高频响应，研究蓄能器作辅助动力源的具体工况，优化蓄能器的参数设置和个数，做出完善的带有蓄能器的电液伺服振动台系统。

1 电液振动台液压系统原理

电液伺服振动台液压系统由伺服缸、电液伺服阀、定量泵、蓄能器、溢流阀、位移传感器、控制器等部分组成，是一套典型的阀控缸系统。位移传感器采集的反馈信号传到控制器，控制器输出控制信号调节伺服阀和蓄能器能液压元件改变液压缸的运动。采集的信号包括活塞杆位移，速度以及频率等。电液振动台的液压伺服系统的原理图如图1所示。

图1 电液振动台液压系统原理图1.油箱 2.过滤器 3.液压泵 4.单向阀 5.蓄能器 6.液压伺服阀 7.液压缸 8.冷却器 9.回油过滤器 10.压力阀

定量泵是振动台液压系统的动力源。液压油通过单向阀后到电液伺服阀。为增大系统的频率，伺服阀在控制电信号的作用下改变伺服液压缸的运动方向，使伺服缸活塞带动运动平台进行振动。液压缸回油液通过流经伺服阀后，经冷却器和过滤器循环回到主油箱。蓄能器在振动台液压系统中起着重要的作用，在液压缸需求流量较小时存储多余的油液，在液压缸需求流量较大时与液压泵一起供油，是系统的辅助动力源。溢流阀控制系统的压力值。振动台的电液伺服阀通常为力马达滑阀式，直接驱动阀芯运动的力马达的控制力，控制信号的输入电流值越大在高频下流量的输出越大。

2 电液振动台系统的仿真模型

打开AMESim软件运行的环境后，新建一个新的系统，点击Sketch mode按钮，进入草图模式，分别使用软件自带的机械库、液压库和信号库搭建系统如图2所示。

图2 电液伺服振动台系统的仿真模型1.液压伺服缸 2.负载的质量块 3.位移传感器 4.控制的信 号输入 5.控制模块 6.液压伺服阀 7.蓄能器 8.电机 9.液压泵 10.液压溢流阀 11.过滤器 12.冷却器 13.液压油箱

位移传感器将伺服液压缸的位移转换成控制信号，与输入的位移控制信号进行比较，将比较的差值通过放大器进行比例放大，控制电液伺服阀动作，从而控制伺服缸的供油情况及位移情况。伺服缸的输出位移与设定位移信号存在偏差，系统就会利用位移传感器自动调节伺服缸的输出位移，来减少两者的差值。伺服阀通过控制其开口度比例控制执行机构的上下振动。

依靠振动台系统和元件库中的元件，草图绘制搭建完成系统仿真模型后，进入子模型模式，对各个元件对子模型进行设置以及对参数进行设定。子模型模式点击按钮，图标保持正常样子证明与子模型是相互关联的。根据实际需要为每个元件选择子模型,点击优化默认的推荐子模型按钮。在建立完成子模型后，在参数模式下设置仿真模型各个环节参数，点击参数模式按钮，保存系统有显式状态变量，没有隐式变量，当标注结束按钮出现时，关闭窗口。点击每一个元件查看它们的当前参数。根据实际元件参数对仿真模型中每一个元件设置参数，根据计算的机构的参数，改变参数的数值。

3 仿真结果及分析

为研究蓄能器作为电液伺服振动台的辅助动力源时系统的动态响应特性，对比分析安装蓄能器是否能够提高电液振动台的响应频率，以及如何对蓄能器的参数进行最优设置，分别对无蓄能器和安装蓄能器进行仿真，对比研究蓄能器在振动台系统中的作用。

系统不安装蓄能器时，电液伺服阀、伺服缸和液压泵等元件的各参数都设置完成以后，对振动台系统进行跟踪响应特性仿真。当正弦指令信号的频率为50 Hz，振幅为1mm时，对电液振动台的系统进行仿真。在参数模式下设置正弦指令信号的频率、振幅。在运行模式中的运行参数中设置运行时间，调节设置PID控制器的参数，启动开始仿真按钮运行仿真。可得到低频时的伺服缸活塞杆的位移曲线如图3所示。

图3 低频下活塞杆的位移曲线

系统在低频时流量充足，活塞杆的实际位移与期望位移之差较小，虽然开始时相位滞后较大，振幅较小，但是0.07s系统振动稳定后，最大振幅便达到理论值，满足电液伺服系统的振动要求。在仿真过程中，伺服阀A、B、P、T口的流量的变化的最大瞬时流量为符合理论计算值。当正弦指令信号的频率为200 Hz，振幅为0.05 mm时，对电液振动台的系统进行仿真。在运行模式中的运行参数中设置运行时间，设定好PID控制器的参数，然后运行仿真。可以得到高频时的伺服缸活塞杆的位移曲线，如图4～7所示。

图4 低频下伺服阀A口的流量曲线 图5 低频下伺服阀B口的流量曲线

图6 低频下伺服阀P流量曲线口的 图7 低频下伺服阀T流量曲线口的

当输入正弦信号的频率设置为200 Hz时，仿真开始时振幅较小，相位也滞后，但是当系统振动稳定后，系统的最大振幅只能达到0.04 mm，振幅明显小于理论值，这就是由于系统流量供应不足造成的。在仿真中可以看出系统流量明显不足，伺服阀A、B、P、T各油口的流量连续变化规律曲线如图8～11所示。

图8 高频下伺服阀A口的流量曲线 图9 高频下伺服阀B口的流量曲线

图10 高频下伺服阀P口的流量曲线 图11 高频下伺服阀T口的流量曲线

仿真系统中增加蓄能器以后，其余元件的参数不变时，通过对PID的参数进行调节，设置正弦信号的频率为200 Hz，最大振幅为0.05 mm。当P=950，I=0，D=5.2时，得到的液压缸活塞杆的位移仿真曲线如图12所示。

图12 带蓄能器前后活塞杆的位移曲线

当频率为200 Hz时最大振幅达到了0.05 mm，达到了理想的理论计算值，且相位滞后不大，系统很快达到了稳定的状态。通过对比可以清楚的看出蓄能器作为辅助动力源对振动台系统调节起到的作用。

4 结 语

通过在仿真软件AMESim中建立并仿真分析了电液伺服振动台的液压系统，对比使用和关闭蓄能器两种系统工况的仿真结果，分析在高低频振动系统下不同的仿真曲线，证明了蓄能器在高频电液振动台中的辅助供油作用。仿真结果表明，通过优化蓄能器参数及集成控制器的参数，能够显著提高电液振动台的响应频率。

[1] 周洪波.提高电液振动台控制性能的研究[J].沈阳工业大学学报,2006(5): 67-69.

[2] 刘道标,宦海祥.振动试验方法的研究及发展趋势[J].环境试验, 2006(3): 21-23.

[3] 赵树绩, 尚增温.液压振动台参数和使用域的合理选取[J]. 液压与气动, 2000(3):16-19.

[4] 崔 晓.高频电液伺服振动台的研究[D].沈阳:沈阳工业大学,2004.

[5] 黄茹楠, 管晴晴.电液振动台的模糊PID控制的研究[J].液压与气动, 2009(4): 36-37.

[6] 王浩伟.利用蓄能器提高液压振动台响应特性的研究[J].液压与气动, 2010(11):65-68.

[7] 陈利龙, 曹树平.电液伺服激振台及其极限工作范围的研究[J].机床与液压, 2002(2): 123-124.

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, 内蒙古兴安盟人,硕士,研究方向:电液控制系统创新设计与应用开发。

TH137

A

1007-4414(2014)02-0112-03