仿真技术在液压控制方面的应用与发展

仿真技术作为液压系统或元件设计阶段的必要手段，已被业界广泛认识。液压仿真技术，从诞生

到今天，已经有 30 多年的历史。国外早在 1973 年，第一个直接面向液压技术领域的专用液压仿真软件
HYDSIM 程序研制成功。它是由美国俄克拉何马州立大学推出的。到现在为止，对液压元件和系统利用计

算机进行仿真的研究已有 30 多年的历史，随着流体力学，现代控制理论，算法理论，可靠性理论等相

关学科的发展，特别是计算机技术的突飞猛进，液压仿真技术也日益成熟，越来越成为液压系统设计人

 

员的有力工具。

1、仿真技术在液压领域的应用

     一个比较完善的液压系统不仅应有良好的静态性能，而且还应具有良好的动态性能。这是因为系统中
执行元件的速度﹑动作和方向以及外载荷经常在不断变化，如果系统的动态特性不灵敏，则反馈信号就
无法被系统很快执行，造成系统灵敏死区、动作死区等，这样被加工出来的零件精度就会降低。

     以前人们在研究和设计时，常常凭借设计者的知识和经验用真实的元部件构成一个动态系统，然后
在这个系统上进行实验，研究结构参数对系统动态特性的影响。用这种方法进行参数调节比较困难，要
花费大量的人力、物力和时间,而且一次性成功的把握很小。这就要求人们利用其它方法对元件进行设计与
试验。计算机仿真技术不仅可以在设计中预测系统性能，减少设计时间，还可以通过仿真对于所设计的
系统进行整体分析和评估，从而达到优化系统、缩短设计周期和提高系统稳定性的目的。

     

 

仿真技术在液压领域的应用主要包括：     1.通过理论推导建立已有液压元件或系统的数学模型，用

实验结果与仿真结果进行比较,验证数学模型的准确度,并把这个数学模型作为今后改进和设计类似元件

 

或系统的仿真依据。     2.通过建立数学模型和仿真实验，确定已有系统参数的调整范围，从而缩短系统

 

的调试时间，提高效率。     3.通过仿真实验研究测试新设计的元件各结构参数对系统动态特性的影响，

 

确定参数的最佳匹配，提供实际设计所需的数据。     4.通过仿真实验验证新设计方案的可行性及结构参
数对系统动态性能的影响，从而确定最佳控制方案和最佳结构。

二、液压建模与仿真的方法

     仿真技术的三个主要组成部分是数学建模、模型解算和仿真结果分析。液压仿真一般采用这样三种方
法:     第一种方法是自行编程仿真，对于较为简单的系统，而仿真者具有较好的建模能力和一定编程能
力，则自行编程进行仿真，早在五十年代, Hanpun (1953) 和 Nightingale (1957) 就分别作了液压伺服系统
动态性能分析, 那时采用的是传递函数法, 一般只分析系统的稳定性及频率响应, 这是一种理论成熟、简单
实用的方法, 直到现在, 仍被广泛采用。但这种方法只能用在单输入－单输出的线性定常系统中, 不足以描
述系统内部的各变量的特征, 也不易处理液压系统中普遍存在的非线性问题。所以这种方法在研究机构中
的研究人员与研究生用得较多；

       第二种方法是数学模型由用户自行建立

, 选 用 一 些 通 用 的 算 法 系 统 进 行 仿 真 ， 如 常 用 的

MATLAB/SIMULINK 软件，它提供了许多数学模型解算工具，更值得一提的是这类软件还提供较好的仿
真结果后处理功能。该方法越来越多地为研究人员所使用；

      第三种方法是选用专用的液压仿真软件进行仿真，这类专用软件一般提供建模工具，用户只要根据
要求用原理图等方式输入仿真用数据，专用软件便可自动建立数学模型，并进行仿真计算输出仿真结果。

     依据建模方法的不同 , 这些软件主要可分为两种, 即用状态方程方法建模的仿真软件和用键合图方法
建模的仿真软件。绝大多数液压仿真软件采用状态方程方法建模。如美国麦道飞机公司 (McDonnell 
DoUGlas Aircraft Company)率先开发的用以预测液压元件和系统工作性能的 AFSS (Advanced Fluid System 
Simulation)仿真软件包, 使液压设计从经验估计提高到定量分析的水平。

     键合图是由美国的 H. M. Paynter 于六十年代初发明的, 它以图形方式来表达系统中各元件间的相互关