[发明专利]基于Modelica语言的电液伺服阀仿真建模方法

说明书

[技术领域]

本发明涉及电液伺服阀仿真系统技术领域，具体地说是一种基于Modelica语言的电液伺服阀仿真建模方法。 

[背景技术]

在实际的生产实践中，混凝土泵送车与汽车式起重机等工程机械需要实现一定的控制精度及动态性能，而传统的液压系统缺少对液压执行元件的过程控制，因而无法实现较高的控制精度与优秀的动态性能。因此，在现有的液压系统中引入可以实现过程控制的电液元件来实现较高控制精度与较好动态性能是十分必要的。使用实现过程控制的电液元件，即电液伺服元件的控制方法称为电液伺服控制，作为伺服控制的一个分支，其可以出色地满足工程机械领域对控制精度与动态性能的要求。 

伺服系统，即输出能以一定精度自动、快速、准确地复现输入变化规律的自动控制系统；电液伺服控制系统即采用电液控制元件以及液压执行元件所组成的伺服系统。电液伺服阀作为将系统的电气部分与液压部分联系起来的接口元件，能够将输入的微小电气信号转换为大功率的液压信号输出，进而对液压执行元件实现控制，是电液伺服控制系统的重要组成部分。 

在混凝土泵送车与汽车式起重机的系统搭建中，液压系统占据了很大部分。但Modelica语言的商业液压系统库Hylib中，并没有对伺服阀这一重要元件进行建模，而且对于方向伺服控制阀，也回避了电液伺服阀电、磁、机、液、控多领域耦合的特点，仅使用了信号流控制的简单模型。这首先不利于复杂液压 系统的建模设计，其次没有突出Modelica多领域建模语言在处理多领域耦合问题的优越性。因而，对于电液伺服阀这一电、磁、机、液、控多领域耦合的元件的Modelica建模的研究，有助于Modelica液压控制库的扩展与工程机械库的充实，进而实现对工程机械液压控制系统的高精度仿真与优化建模设计。 

早期的伺服阀建模是利用联立方程组的方式进行建模的。随着控制理论的发展，出现了使用控制框图与信号流进行因果建模的分析手段，如附图1，该手段成为了研究电液伺服阀的建模与控制的通常方法，该方法在Herbert E.Merritt的《Hydraulic Control Systems》一书及田源道先生在《双喷嘴挡板式力反馈电液伺服阀的数字仿真及CAD设计程序》中均有所阐述。该方法是一种非常成熟的建模方法。但是，使用因果性控制框图建模方法存在着一定的不足，例如不能从底层元件出发反映电液伺服阀的工作原理与数学模型，在框图建立时需要考虑各物理量的计算因果性，不易于修改及更换元件，基本元件在不同电液伺服阀的建模中无法重用，伺服阀的控制框图模型不易于代入整体的液压伺服系统进行分析等。 

因此传统的电液伺服阀存在如下缺陷：分析手段不能从底层元件出发反映电液伺服阀的工作原理与数学模型，在框图建立时需要考虑各物理量的计算因果性，不易于修改及更换元件，基本元件在不同电液伺服阀的建模中无法重用，伺服阀的控制框图模型不易于代入整体的液压伺服系统进行分析。 

[发明内容]

本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种基于Modelica语言的电液伺服阀仿真建模方法，具有面向对象性、非因果性以及多领域性，对现有的电液伺服阀分析手段进行了整合与革新。 

为实现上述目的设计一种基于Modelica语言的电液伺服阀仿真建模方法，其包括如下步骤： 

1)系统拆解：首先将电液伺服阀系统进行分解，得到子系统，进而对得到的子系统进行分解，得到元件； 

2)元件级建模：针对分解得到的基本元件进行建模分析，搭建电场、磁场、机械、液压与控制领域的不包含在Modelica基本库、Magnetic库与Hylib库中的基本元件，所述电场、磁场、机械、液压与控制领域之间由搭建的接口元件相关联； 

3)子系统级建模：利用元件级建模得到的元件，以及Modelica基本库、Magnetic库、液压系统库Hylib中的元件，对电液伺服阀的子系统进行搭建； 

4)系统级建模：利用子系统级建模得到的子系统搭建完整的电液伺服阀系统； 

5)仿真控制：将完成建模的电液伺服阀模型设定仿真参数、步长与时间进行编译仿真； 

6)最后，仿真结果演示。 

所述子系统包括力矩马达、喷嘴挡板放大器、阀芯、反馈杆与阀体。 

所述力矩马达子系统分解为定子子系统、衔铁子系统。 

所述接口元件包括Modelica基础库、Magnetic库与Hylib库中接口元件、元件级建模中开发的平动转动接口、气隙、喷嘴与正负阀开口元件。