Моделирование системы управления гидропривода циклического перемещения подвижной рамы подбивочного блока Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.316.7:622

В.А. Дубровин (Москва, МИИТ)

МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ГИДРОПРИВОДА ЦИКЛИЧЕСКОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ПОДВИЖНОЙ РАМЫ ПОДБИВОЧНОГО БЛОКА

Сформулированы требования к системе управления гидропривода циклического перемещения подвижной рамы подбивочного блока, построена динамическая модель системы управления, определены параметры модели.

Требования к системе управления гидропривода продольного перемещения подвижной рамы подбивочного блока определяются рядом специфических особенностей машины ПМА-1. Эти особенности могут быть сведены к следующим:

1. Вследствие передачи реактивных усилий гидроцилиндра выдвижения на раму машины требуемое время цикла должно быть обеспечено при минимальных ускорениях и, следовательно, при минимальных динамических нагрузках.

2. Точное позиционирование подбивочных блоков определяет необходимость иметь в рабочем цикле участок с пониженной скоростью движения. На участке доводки абсолютная скорость движения рамы с под-бивочными блоками является суммой относительной ее скорости, определяемой скоростью движения штока гидроцилиндра и переносной скорости машины, определяемой механизмом ее рабочего движения. Относительное перемещение рамы с подбивочными блоками при доводке желательно исключить.

Введение в систему управления приводом гибкой отрицательной обратной связи по ускорению позволит обеспечить апериодический переходный процесс и улучшить динамические характеристики привода. Для повышения точности позиционирования рамы предлагается замкнуть систему автоматизированного гидропривода отрицательной обратной связью по положению.

На рис. 1 приведена функциональная схема гидропривода с замкнутой системой управления по положению и ускорению.

Структурная схема системы управления приведена на рис. 2.

В качестве регуляторов в контурах положения и ускорения в исходной схеме примем пропорциональные регуляторы, представляющие собой апериодические звенья первого порядка. В виде типового звена такого же типа представим усилитель пропорционального электромагнита. В качестве модели датчика ускорения примем реальное дифференцирующее звено второго порядка, а датчика положения - апериодическое звено первого порядка.

» •« и Г> 0 > * с

! 0 » 1

Рис. 1. Функциональная схема гидропривода с замкнутой системой управления по положению и ускорению:

ВА - датчик ускорения; ВУ - датчик положения; Аа - регулятор ускорения; Ау-регулятор положения; Ар -усилитель мощности

пропорционального электромагнита

иу(в)

Иру(в)

У(в)

Рис. 2. Структурная схема системы управления гидропривода: Ц'аФ) - передаточная функция регулятора положения;

~1¥Л($) - передаточная функция подчиненного регулятора ускорения; ~ передаточная функция усилителя пропорционального

электромагнита;

ТУс(э) - передаточная функция силовой части гидропривода; №'оа(з) - передаточная функция датчика ускорения;

\УоМ - передаточная функция датчика положения

В силовую часть гидропривода входят пропорциональный гидрораспределитель, состоящий из электромагнита и золотника, и силовой гидроцилиндр. Линейную математическую модель силовой части гидропривода с дроссельным регулированием представим в виде последовательно соединенных безынерционного и апериодического звеньев первого порядка с передаточным коэффициентом силовой части гидропривода и передаточной функцией электромагнита пропорционального гидрораспределителя соответственно, охваченных отрицательной обратной связью с безынерционным звеном, последовательно соединенных колебательным (при < 1) или апериодическим второго порядка (при > 1) и интегрирующим звеньями.

Каждое из указанных звеньев учитывает определенные физические процессы, возникающие в гидроприводе при динамических режимах его работы [1].

Структурная схема силовой части гидропривода с дроссельным регулированием приведена на рис. 3.

иу(в)

і* „ т .ох Кс . ^*4/• ,./— • ЛУгсф) *

*"г*' ш ■ - ■ — ^— Г

у (в>

і________„ :

Коу

Рис. 5. Структурная схема силовой части гидропривода:

И//$) - передаточная функция электромагнита;

Кс - передаточный коэффициент силовой части привода по управлнию; передаточная функция колебательного звена

гидропривода; УУ/з) - передаточная функция интегрирующего звена; К0У - коэффициент внутренней отрицательной обратной связи

Передаточная функция электромагнита имеет вид

(V) _ *£¿1«

* 7у*+1 ’

постоянная времени передаточной функции цепи управле-

т»

™е ТУ

ния электромагнита (Ьу - индуктивность обмотки управления электромагнита; Яу - активное сопротивление обмотки электромагнита;

- сопротивление выходного каскада электронного усилителя); - постоянная электромагнита; к1у - - - коэффициент передачи электрон-

ного усилителя.

Передаточная функция колебательного звена гидропривода имеет

вид

№ (б) =---------------

гс К ) 1?*»+2<еГс«1 ’

где Те — - постоянная времени гидропривода; т1 - масса подвижной

рамы подбивочного блока и поршня со штоком гидроцилиндра;

- жесткость рабочей жидкости в гидроцилиндре; - площадь

М3

поршня гидроцилиндра; У0 - объем полости гидроцилиндра;

Ес = —- модуль объемной упругости жидкости; ¥/ - объем ка-

1+—*■+—

У о Сор

нала, соединяющего полость гидроцилиндра с золотником; с0р - жесткость связи внешней опоры гидроцилиндра с корпусом машины;

(с = 0,5 ■ ° . коэффициент демпфирования гидроцилиндра;

„-'*пее

к, - коэффициент вязкого трения штока гидроцилиндра;

2^2 (рр -рц - Рпо^З^о )

; к5 - удельные проводимости окон золотника;

рр - давление жидкости, подводимой к золотнику; р51 - давление жидкости на сливе; р„о = 0; х^- среднее значение хода золотника.

Передаточная функция интегрирующего звена привода И^($) = —,

~в5

где Тд = - гидравлическая постоянная времени;

Кцх = к^Р*~Р:1= ^тс^кр^ - удельные проводимости

окон золотника; кр — Ьок/пй3 - коэффициент полноты использования периметра втулки золотника при размещении в ней окон; сі5 - диаметр золотника; Ь0к - суммарная ширина окон золотника; р - плотность жидкости; [^-коэффициентрасхода золотника.

Коэффициент внутренней отрицательной обратной связи гидропривода К0]; = , где сп - жесткость связи массы ті с машиной.

Ч2Х>Р

Передаточный коэффициент силовой части гидропривода по управлению определяется выражением Кс =■ т~, где кр - обобщенный ко-

эффициент перекрывания дросселирующего распределителя;

;Ь0*сарр при отрицательном перекрытии;

при нулевом перекрытии;

_(Ь0

І0.І

кр ~ Ю.5Ь0кар.

b0 = 1.2/v'Pp — psi - коэффициент линеаризации передаточной функции; qd - удельный рабочий объем гидроцилиндра; kd - обобщенный коэффициент (для гидроприводов ка — qd); ка = [iKdsipp~j2/p - коэффициент крутизны характеристики проводимости рабочей щели распределителя;

р - коэффициент расхода; фр- коэффициент использования параметра; ку - обобщенный коэффициент уравнения распределителя и двигателя;

2bnk„x„2cns

(¿о0кл ~ (0.5Ъа\

рл-'-0'

'о ^Cq S

при отрицательном перекрытии; при нулевом перекрытии;

хр - рабочее смещение золотника относительно втулки; с0 = 1 - коэффициент линеаризации передаточной функции, определяемый с учетом утечек рабочей жидкости; = $2 = 5 - зазоры попарнодросселирующего распределителя.

Параметры системы управления гидропривода с пропорциональным гидрораспределителем 4\УК225Е325-5Х фирмы “КехгоШ” сведены в таблицу.

Параметры системы управления

№ п/п Параметр Наименование параметра Значе- ние

1 Кс Передаточный коэффициент силовой части гидропривода по управлению 0,013

2 Тс Постоянная времени гидропривода 0,018

3 Тг Гидравлическая постоянная времени 0,006

4 с Коэффициент демпфирования 1,4

5 Kov Коэффициент внутренней отрицательной обратной связи силовой части привода 0,0823

Численные значения коэффициентов передачи и постоянных времени, входящих в систему управления датчиков, усилителей и регуляторов, носят вариативный характер и могут быть определены в процессе моделирования из условий обеспечения заданного качества управления.

Библиографический список

1. Попов Д.Н. Механика гидро- и превмоприводов / Д.Н. Попов. -М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002.- 162 с.

Получено 23.04.08