simscape 液压系统笔记

1. Introduction

先关注simscape中提供的几个典型的液压系统，再进行总结梳理。

2. 典型液压系统

2.1 简易的开关阀

开环阀放在油路的入口或者出口都可以，求解器f(x)也同样的，放在油路的输入或者输出也都可以。

2.2 变量泵直接控制

该模型由关节驱动器、液压转换接口和驱动自由度组成，流量由变量泵控制器。
这个系统是matlab 用于挖掘机系统仿真的液压模型，充分考虑了挖掘机的负流量液压系统特性。

• 整个系统
  
• 液压执行器
  变量泵的压强由控制器控制，产生恒定速度的流体，驱动关节运动。
  
• 液压转机械（用ideal force sensor 转换fluid->multibody）
  ideal translational velocity source相当于一个积分模块，而ideal Force sensor 将液压缸的液压模型转换到multibody的受力模型。
  

2.3 电磁比例阀控制

这是最典型的比例阀控制的滑台。

变量控制通过变量阀+查找表实现。

下图中的A、B可以理解成液压缸输入和输出中的流体，C则是mechanics的terminator,R是驱动端.
R科技接简化的machanics的系统，也可以通过ideal force source 接multibody。

最关键的部分，看一下电磁控制的部分。
首先是电机能量转换的单元，再通过ideal rational sensor 获取mechanics 的位置，将位置传递到比例阀上。如果有足够的液压领域知识，构建这种精细的液压模型，可以用这种方式。

3 液压元件的计算

通过计算主要的液压元件，搞清楚液压系统。

3.1 最小液压系统

以下面这样一个最小系统为例，进行分析。

• 定量泵
  主要的关系如下图，
  
  额外摩擦阻力在这里不讨论，主要看泄露流量系数$K_{HP}$
  其中，${\nu }_{Norm}$和${\rho }_{Norm}$和液压油特性有关，$w_{Norm}$是液压泵的额定转速，${\eta }_{Norm}$是泵的泄露系数。
  $主要遇到的问题：定量泵的输出流量不够，一般来讲泵的压差过大，导致大量的流量泄露了。$
  
• 四通阀
  比例阀满足$\Delta p=k\ast Q$,四通阀则可以看成是多个比例阀组合而成。
  
  具体看四通阀的结构和组成
  
  阀在移动过程中组成了一个液压回路，根据流量特性有零开口阀、负预开口阀、正预开口阀三种，这里重点看负预开口阀。
  
  开口大小和电磁阀滑移距离的关系：
  
  重点搞清楚，阀口开度和电磁阀压力差的关系,根据小孔流量和压差公式
  $$\begin{array}{rl}q& =C_c{C}_v{A}_0\sqrt{\frac{2\Delta p}{\rho }}\\ & =C_d{h}_x\sqrt{\frac{2\Delta p}{\rho }}\end{array}$$
  这意味着阀口开度很小的时候，泵口的压力很大，泵很容易溢流了。
  $如何让阀口开度和阀流量建立正比例关系$
  1）变量泵+负流量系统，根据四通阀泄露的流量调节变量泵；
  2）变量泵+正流量系统，根据先导压力调节变量泵；
  3）定量泵+流量控制阀+溢流阀，
  对于图中这个最小系统，显然不能实现阀口和流量成正比这样的控制效果，流量控制全靠溢流阀实现。