[发明专利]双作用气缸仿真方法及装置

说明书

本发明公开一种双作用气缸仿真方法及装置，通过建立与描述直线气缸的动态特性的比例方向阀压力‑流量方程、直线气缸两腔流量方程、直线气缸摩擦力方程以及直线气缸活塞力平衡方程，并获取气缸相关参数，输入气缸有杆腔压强和无杆腔压强为、气源压力以及无轴侧端点位移和有轴侧端点位移，对双作用气缸进行无故障以及故障情况下的仿真，从而输出对所述双作用气缸进行无故障以及故障情况下的仿真结果，从而对验证气动执行机构故障诊断记录仪的性能，以及探索气动执行机构运行的故障诊断理论和分析提供基础，具有重要的理论研究价值和工程现实意义。

技术领域

本发明涉及气动仿真技术领域，尤其涉及一种双作用气缸仿真方法及装置。

背景技术

气动执行机构及其自动控制系统是实现自动化的重要手段之一，具有工作效率高、成本低廉、无污染等一系列优点，在电力、造纸、机械、化工、冶金、食品、医药等工业领域得到越来越广泛的应用。气缸有做往复直线运动的和做往复摆动两种类型。做往复直线运动的气缸又可分为单作用气缸、双作用气缸、膜片式气缸和冲击气缸4种。

随着双作用气缸应用越来越广泛、智能化水平的提高以及大数据分析技术的不断发展，对双作用气缸运行过程的参数记录和故障诊断提出了更高的要求，因此，建立双作用气缸运行过程的数学模型，并模拟仿真气动执行机构有故障和无故障时的状况，对验证气动执行机构故障诊断记录仪的性能，以及探索气动执行机构运行的故障诊断理论和分析方法来说，都具有重要的理论研究价值和工程现实意义。

发明内容

本发明提供一种双作用气缸仿真方法及装置，能够建立双作用气缸运行过程的数学模型，并模拟仿真气动执行机构有故障和无故障时的状况。

第一方面，本发明提供一种双作用气缸仿真方法，所述方法包括如下步骤：

建立用于描述直线气缸的动态特性的方程，所述方程包括：

比例方向阀压力-流量方程，其中，

有杆腔质量流量

无杆腔质量流量其中，k为定压比热和定容比热之比，P₀为大气压力，P₁为有杆腔压强，P₂为无杆腔压强，P_S为气源压力，R为理想气体常数，T_S为环境温度，T₂为无杆腔温度，A_T为控制信号；

直线气缸两腔流量方程：其中，A₁为气缸有杆腔活塞有效面积，A₂为气缸无杆腔活塞有效面积，l为气缸活塞行程，y为位移；

直线气缸摩擦力方程：其中，v_d为临界速度，k_v1为第一段速度系数，k_v2为第二段速度系数；

直线气缸活塞力平衡方程：其中，M为气缸活塞和负载质量，为气缸活塞和负载的质量加速，F_L为外负载力，F_f为气缸的总摩擦力；

获取仿真用到的气缸参数，所述气缸参数包括：气缸活塞和负载质量M、气缸有杆腔活塞有效面积A₁、气缸无杆腔活塞有效面积A₂、外负载力F_L、定压比热和定容比热之比k、气缸活塞行程l、理想气体常数R、环境温度T_S、有杆腔温度T₁、无杆腔温度T₂、临界速度v_d、第一段速度系数k_v1、第二段速度系数k_v2、静摩擦力K_jN、气源压力P_S以及大气压力P₀；

输入气缸有杆腔压强为P₁，无杆腔压强为P₂，气源压力P_S为6个标准大气压，以及无轴侧端点位移和有轴侧端点位移；