单液压缸仿真

开放式

此示例显示如何使用Simulink®模拟液压缸。金宝app您可以将这些概念应用于您需要建模液压行为的应用程序。请参阅两个使用相同基本组件的两个相关示例：四缸模型和两个气缸模型带有负载约束。

注意：这是一个基本的液压示例。您可以使用Simscape™Driveline™和Simscape Fluids™更轻松地构建液压和汽车型号。

Simscape Fluid.提供用于建模和模拟流体系统的组件库。它包括泵，阀门，执行器，管道和热交换器的模型。您可以使用这些组件开发出诸如前装载机，动力转向和着陆齿轮致动系统的流体电力系统。发动机冷却和燃料供应系统也可以用Simscape Fluids开发。您可以使用Simscape Product系列中可用的组件集成机械，电气，热和其他系统。

Simscape Driveline.提供用于建模和模拟一维机械系统的组件库。它包括旋转和平移组件的模型，例如蜗轮，行星齿轮，铅螺钉和离合器。您可以使用这些组件来模拟直升机驱动器，工业机械，车辆发动机和其他应用中机械电源的传输。还包括汽车部件，例如发动机，轮胎，变速器和扭矩转换器。

模型的分析与物理

图1显示了基本模型的示意图。该模型引导泵流，问：，供应压力，P1，来自哪个层流，Q1Ex.，泄漏排气。用于活塞/气缸组件的控制阀通过可变区域孔模型为湍流。它的流量，Q12，导致中压，P2.，这在将其连接到致动器缸的线路中进行后续压力下降。气缸压力，P3.，将活塞移动到弹簧载荷，导致位置X。

图1：基本液压系统的示意图

在泵输出时，流量在泄漏之间分开并流到控制阀。我们模拟泄漏，Q1Ex.，作为层流（参见公式块1）。

等式块1

$q = q_ {12} + q_ {1ex}$

$Q_ {1EX} = C_2 \ CDOT P_1$

$p_1 = \ frac {（q-q_ {12}）} {c_2}$

$q = \ mbox {泵流量}$

$Q_ {12} = \ mbox {控制阀流量}$

$q_ {1ex} = \ mbox {lexage}$

$c_2 = \ \ mbox {流量系数}$

$p_1 = \ mbox {泵压力}$

我们通过孔口方程通过控制阀建模湍流。符号和绝对值函数在任一方的方向上容纳流量（参见公式块2）。

等式块2

$q_ {12} = c_d \ cdot a \ cdot sgn（p_1-p_2）\ cdot \ sqrt {\ frac {2} {\ rho} | p_1-p_2 | p_1-p_2 |}$

$c_d = \ \ mbox {orifice放电系数}$

$a = \ mbox {orificeaface}$

$p_2 = \ mbox {控制阀下游的压力}$

$\ rho = \ mbox {Fluid Densens}$

由于这种流动，气缸内的流体压力，Q12 = Q23.，减去活塞运动的顺应性。在这种情况下，我们还建模了流体可压缩性（参见公式块3）。

方程块3.

$\ frac {dp_3} {dt} = \ frac {\ beta} {v_3} \ left（q_ {12} -a_c \ frac {dx} {dt}右）$

$v_3 = v_ {30} + a_c \ cdot x$

$p_3 = \ mbox {piston压力}$

$\ beta = \ mbox {Fluid Bulk Modulus}$

$v_3 = \ \ mbox {Fluid Volume at} p_3$

$v_ {30} = \ mbox {活塞中的流体量} x = 0$

$a_c = \ mbox {圆柱横截面区域}$

由于液压力大，我们忽略了活塞和弹簧肿块。我们通过区分这种关系来完成方程系统，并将压力降入P2.和P3.。等式块3模型从阀门到致动器的线路中的层流。等式块4在活塞处提供力平衡。

方程块4.

$x = p_3 \ frac {a_c} {k}$

$\ frac {dx} {dt} = \ frac {dp_3} {dt} \ frac {a_c} {k}$

$Q_ {23} = Q_ {12} = C_1 \左（P_2-P_3 \右）$

$p_2 = p_3 + \ frac {q_ {12}} {c_1}$

$k = \ mbox {spring常量}$

$c_1 = \ mbox {laminar流量系数}$

造型

图2显示了模型的顶级图。泵流量和控制阀孔口区域是仿真输入。该模型组织为两个子系统：“泵”和“阀门/圆柱/活塞/弹簧组件”。

打开模型并运行模拟

到打开此模型，类型SLDEMO_HYCYL.在Matlab®终端（如果您使用Matlab帮助，请单击超链接）。按模型工具栏上的“播放”按钮以运行模拟。

注意：模型将相关数据记录到MATLAB工作区，进入SIMULINK.SIMULIONOUTPUT对象金宝app出去。在一个调用的结构中，在OUT中存储信号记录数据sldemo_hydcyl_output.。记录的信号具有蓝色指示灯（看模型）。阅读更多有关Simulink帮助中的信号日志记录的信息。金宝app

图2：单缸模型和仿真结果

'泵'子系统

右键单击泵浦屏蔽子系统并选择面具>看看面膜。泵型材根据泵流量和负载（输出）流量（图3）计算供应压力（图3）。QPump.是泵流数据（保存在模型工作区中）。具有时间点的列向量的矩阵和相应的流速[t，q]指定流数据。该模型计算压力P1如公式块1所示。因为Qout = Q12.是一个直接的功能P1（通过控制阀），形成代数环。估计初始值，P10，启用更有效的解决方案。

图3.：泵子系统

我们在Simulink中掩盖了“泵”子系统，以允许用户轻松访问参数（金宝app参见图4）。要指定的参数是T.那问：那P10，和C2.。然后，我们分配了屏蔽块图2所示的图标，并将其保存在Simulink库中。金宝app

图4：进入泵参数

'阀门/气缸/活塞/弹簧组件'子系统

右键单击“阀门/圆柱/活塞/弹簧组件”子系统，然后选择面具>看看面膜要查看执行器子系统（见图5）。差分代数方程系统用压力模拟汽缸加压P3.，在等式块3中显示为衍生物，并用作状态（集成器）。如果我们忽略活塞质量，弹簧力和活塞位置是直接倍数P3.并且速度是直接倍数P3.一定的时间衍生。后一种关系形成“β”增益块周围的代数环。中压P2.是总和P3.并且由于从阀门到圆筒的流动而导致的压降（方程块4）。这种关系还通过控制阀和施加了代数限制1 / C1.获得。

控制阀子系统计算孔口（方程块2）。它用作上游和下游压力和可变孔口区域的输入。“控制阀流”子系统计算符号的平方根：

$y = sgn（u）\ sqrt {| U |}$