液压与气动

2011 年第 10 期

新型伺服液压机泵控液压缸液压伺服

系统的建模与仿真

韩 江

1

，肖 扬

1

，夏 链

1

，李贵闪

2

Modeling and simulation of hydraulic servo pump system

for new servo controlled hydraulic machine

HAN Jiang

1

，XIAO Yang

1

，XIA Lian

1

，LI Gui-shan

2

（ 1． 合肥工业大学 机械与汽车工程学院 CIMS 研究所，安徽 合肥 230009；

2．

合肥锻压集团 有限公司，安徽 合肥 230009）

摘 要： 采用交流伺服电机的新型伺服液压机与采用比例伺服阀的传统伺服液压机的控制方式是不同

的： 传统的伺服液压机采用的是比例四通阀控主传动缸，而新型伺服液压机是交流电机带动定量泵，采用泵
控主传动液压缸。该文主要从泵控液压缸建立起液压伺服系统的数学模型，推导出系统的传递函数，并用

MATLAB

进行系统的动态特性仿真分析并得出结论，这对控制系统的设计和研究有重要的意义。

关键词： 伺服液压机； 伺服阀； 建模； 动态特性仿真分析

中图分类号： TH137 文献标识码： B 文章编号： 1000-4858（ 2011） 10-0012-04

基于液压传动的压力机即液压机是一种重要的金

属成形设备，它是一种通过对坯件施加强大的压力使
其发生变形或断裂来加工零件的机床。国内现期生产
的液压机多属于带反馈控制功能的伺服液压机，该型
机采用普通电机带动泵的运动作为能量源，比例伺服
阀作为输入信号的转换与放大元件，能获得一定的控
制精度和响应速度。但也有高精度控制困难、调节范
围窄、能量损失大、噪声大、系统的柔性小等缺点。因
此，基于交流伺服电机的闭环伺服控制技术是液压机
控制系统新的发展趋势。

1

基于泵控液压缸的伺服液压系统

液压动力机构由液压控制元件、执行机构和负载

组合成的。液压控制元件可以是液压控制阀或伺服变
量泵，液压执行机构为液压马达或液压缸。动力机构
按控制元件的不同可分为两种控制方式

［1］

： 泵控，又

称容积控制； 阀控，又称节流控制。

传统液压伺服控制多是基于伺服泵或伺服阀的，

如文献［6］中，采用控制比例四通阀控阀口的大小改
变进入主传动液压缸的流量，进而控制液压缸活塞杆
的位移和速度； 而文献［8］是基于伺服变量泵控液压
缸的控制，即通过控制泵的变量机构的摆角来实现的。

本课题中的新型伺服液压机是基于泵控液压缸，采用
的是交流伺服电机带动定量泵作为能量源，通过控制
交流伺服电机的转速来控制泵的转速进而控制其流量
和流速。

2

泵控液压缸传递函数的推导

已知系统供油压力为 p

s

，B

p

表示活塞及负载的粘

性阻尼系数，F

L

表示液压缸的负载力，X

p

为滑块下行

位移，p

1

和 p

2

分别表示液压缸两腔压力，q

1

表示流入

液压缸液压油的流量，液压缸的总容积为 V

t

，无杆腔的

容积为 V

1

。

设液压缸内泄漏系数为 C

i

，外泄漏系数为

C

e

； Q

l

为泵的流量，D

p

为泵的排量，X

n

表示泵的转速。

假定初始状态为一稳定状态，即液压缸活塞杆静止或
恒速运动。以下进行泵控单出杆液压缸滑块下行时
（ X

p

＞ 0

） 的传递函数的推导。

收稿日期： 2011-03-01
基金项目： 国家重大科技专项资助项目（ 2009ZX04004-021）

大型数控单双动薄板冲压液压机

作者简介： 韩江（ 1963—） ，男，河南洛阳人，教授，博士，主要

从事数控系统与数控技术方面的研究工作。

1

） 定量泵的线性化流量方程

对定量泵应用流量连续性方程，可得：

2

1

