基于PLC控制高压液压缸实验台液压系统及其动静态特性仿真与油温自动控制研究
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摘要
在液压系统中，液压缸是其主要执行元件之一，它特性的好坏在很大程度上影响着整个系统的工作性能，然而作为高精度测试液压缸性能的实验台目前在广西却很少。本文结合课题需要，对实验台的设计、控制及优化进行了研究，以便为今后的工作打好基础。
实验台采用限压式变量泵作为液压系统动力源；采用变量泵加调速阀来实现液压缸容积节流调速；为了减弱液压缸在换向时产生压力突变，实验台首次把非对称电磁换向阀应用于控制非对称缸的非功率回收液压回路中。
通过对系统元件进行详细的分析，并依据系统工况要求和元件在系统中的功用对其模型进行合理取舍后，用功率键图法建立了系统的静、动态数学模型，并利用MATLAB软件对其进行了数字仿真，探讨了系统参数对其性能的影响，分析了系统动态响应的稳定性、快速性和灵敏性；为了得到系统动态品质指标的最优值，还对其进行了某些参数的优化。
其中系统油温的自动调节和控制采用一种新型技术-------管路冷热油混流法，并通过PLC对其进行控制。
为了提高实验台的测试精度和自动化水平，科学地提出了采用PLC对整个液压系统进行控制的方案，可为下一步工作提供参考和借鉴。
Hydraulic cylinder is one of the primary executing elements in hydraulic system, and systemic woking performance is affected by its characteristic to a large extent; However, there are few test platforms that are used to test hydraulic cylinder'performance precisly in Guangxio The paper is combined with the topic, and makes studies on design control as well as optimization so as to lay a good foundation for the future
Systemic driving source adopts limited-pressure variable displacement pump in the test platform; Variational displacement pump, with flow control valve carries out volume control; To weaken pressure mutation in the course of cylinder'direction changing, it firstly applies an asymmetric electromagnetism valve to hydraulic circuit of no reclaimed power, and the valve is used to control an asymmetric hydraulic cylinder
After detailedly analysizing elements of the system and reasonably selecting its model based on working need and elements' function, the static and dynamic mathematical models are established by means of power bond graphs, and digital simulation is done using the MATLAB software, and the effects on systematic parameters to its performance are discussed, the stability celerity and sensibility of systemic dynamic response are also analysized; Optimization of some systematic parameters is done to gain the optimal results of dynamic performance index
A new technology, cold and hot oil mixing in pipe, is presented, which regulates and controls oil temperature effectively, and its control is executed by PLC
To enhance the test precision and automatization of the test platform, a scheme that PLC controls the whole hydraulic system has been advanced scientificly to provide reference and use
实验台采用限压式变量泵作为液压系统动力源；采用变量泵加调速阀来实现液压缸容积节流调速；为了减弱液压缸在换向时产生压力突变，实验台首次把非对称电磁换向阀应用于控制非对称缸的非功率回收液压回路中。
通过对系统元件进行详细的分析，并依据系统工况要求和元件在系统中的功用对其模型进行合理取舍后，用功率键图法建立了系统的静、动态数学模型，并利用MATLAB软件对其进行了数字仿真，探讨了系统参数对其性能的影响，分析了系统动态响应的稳定性、快速性和灵敏性；为了得到系统动态品质指标的最优值，还对其进行了某些参数的优化。
其中系统油温的自动调节和控制采用一种新型技术-------管路冷热油混流法，并通过PLC对其进行控制。
为了提高实验台的测试精度和自动化水平，科学地提出了采用PLC对整个液压系统进行控制的方案，可为下一步工作提供参考和借鉴。
Hydraulic cylinder is one of the primary executing elements in hydraulic system, and systemic woking performance is affected by its characteristic to a large extent; However, there are few test platforms that are used to test hydraulic cylinder'performance precisly in Guangxio The paper is combined with the topic, and makes studies on design control as well as optimization so as to lay a good foundation for the future
Systemic driving source adopts limited-pressure variable displacement pump in the test platform; Variational displacement pump, with flow control valve carries out volume control; To weaken pressure mutation in the course of cylinder'direction changing, it firstly applies an asymmetric electromagnetism valve to hydraulic circuit of no reclaimed power, and the valve is used to control an asymmetric hydraulic cylinder
After detailedly analysizing elements of the system and reasonably selecting its model based on working need and elements' function, the static and dynamic mathematical models are established by means of power bond graphs, and digital simulation is done using the MATLAB software, and the effects on systematic parameters to its performance are discussed, the stability celerity and sensibility of systemic dynamic response are also analysized; Optimization of some systematic parameters is done to gain the optimal results of dynamic performance index
A new technology, cold and hot oil mixing in pipe, is presented, which regulates and controls oil temperature effectively, and its control is executed by PLC
To enhance the test precision and automatization of the test platform, a scheme that PLC controls the whole hydraulic system has been advanced scientificly to provide reference and use
引文
[1] 张业建，李洪人，非对称缸系统液压缸两腔压力特性的研究，机床与液压，2000
[2] 肖暢，液压CAD技术，中国铁道出版社，1996
[3] 魏克新，MATLAB语言与自动控制系统设计，机械工业出版社，1998
[4] 张怀玉，液压动态仿真工具，科学出版社，1995
[5] 薛晨光，采用功率回收方式的液压缸试验系统，液压与气动，1997
[6] 王栋梁，非对称阀控制非对称缸的分析研究，山东建材学院学报，2001
[7] 姚黎明，液压实验台的机电一体化控制，液压气动与密封，1997
[8] 雷才洪，拆装式液压实验台的PLC控制，机电工程，2000
[9] 王伟平，邹骏，液压元件性能实验台油温自动控制，液压与气动，1992
[10] 周强，赵显红，赵勇飞，液压系统中的温度调节技术，拖拉机与农用运输车，1999
[11] 曾良才，高精度液压实验台的油温自动控制研究，武汉冶金科技大学学报，1996
[12] 何存兴，张铁华，液压传动与气压传动，华中理工大学出版社，1998
[13] 宋学义，袖珍液压气动手册，机械工业出版社，1995
[14] 蔡春源，机电液设计手册(中)机械工业出版社，1997
[15] 马玉贵，液压件使用与维修技术大会，中国建材工业出版社，1994
[16] 谭尹耕，液压实验设备与测试技术，北京理工大学出版社，1997
[17] 盛敬超，液压流体力学，机械工程出版社，1983
[18] 徐元昌编，流体传动与控制，同济大学出版社，1998
[19] 沙明元，大型液压试验台功率回收系统研究，石家庄铁道学院学报，1998
[20] 杨叔子，杨克冲，机械工程控制基础，华中理工大学出版社，1984
[21] Karassik. Igor. J, Pump handbook, 1986
[22] Faragallah. W. Hakin, Limiting ring vacuum pumps and compressors, 1988
[23] 陈小红，泵实验台实时控制研究，北京理工大学硕士论文，1993
[24] 张尚才，工程系统的键图模拟仿真，机械工业出版社，1993
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[29] 谢英俊，陈鹰，液压均衡系统的管道动态分析，液压气动与密封，1998．1
[30] 黄忠霖，控制系统MATLAB计算及仿真，国防工业出版社，2001
[31] 清源计算机工作室，MATLAB高级应用，机械工业出版社，2000
[32] 清源计算机工作室，MATLAB基础及应用，机械工业出版社，1999
[33] 施阳，MATLAB语言精要及动态仿真工具，石油工业大学出版社，1991
[34] 洪国辉，液压计算分析和仿真中的病态(stiff)问题，机床与液压，1986．2
[35] 陈鹰，徐立，液压仿真精度研究，机床与液压，1993．4
[36] 张海平，液压系统仿真自动建模法与stiff问题的研究，上海交通大学博士论文．
[37] 刘惟信，机械最优化技术，清华大学出版社，1994
[38] 何献忠，李萍，优化技术及其应用，北京理工大学出版社，1995．4
[39] 绪方胜彦，现代控制工程，卢伯英译，科学出版社，1980
[40] 熊光楞，廖田元，张燕云，连续系统与离散事件系统仿真，清华大学出版社，1995。
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[42] 金光极，机电系统的计算机仿真，清华大学出版社，1991
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[48] 黄柯棣等，系统仿真技术，国防科技大学出版社，1998
[49] 王惠刚，计算机仿真原理及应用，国防科技大学出版社，1994
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[56] 张志涌，徐彦琴，MATLAB教程，北京航空航天大学出版社，2002
[57] 李直 高赛，Windows环境下实时系统开发技术，中国计算机用户，1996
[58] 谢光辉，机械优化问题的MATLAB求解方法，煤炭技术，2001
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[62] 高纪念，电液控制技术及应用，石油工业出版社，1993
[63] 田科，实用液压技术，北京出版社，1984
[64] 胡锦平，30m~3煮糖罐液压搅拌器液压系统及其静动态特性，数字仿真研究，广西大学硕士学位论文，2000
[65] 王伏林，甘蔗压榨机液压传动系统及其静动态数字仿真与糖厂压榨提汁生产线PLC集成控制研究，广西大学硕士学位论文，2001
[66] 章宏甲，周邦俊，金属切削机床液压传动，江苏科学技术出版社，1985．5
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[74] 高纪念，冯世功，引进焊管生产线液压缸测试台设计，焊管，1994
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