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液压系统动态特性建模仿真技术及应用

作译者：高钦和,马长林

出版时间：2013-09 千字数：352 版次：01-01 页数：236

开本：16(185*235) 装帧： I S B N ：9787121214677

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纸质书定价：￥48.0

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目    录
第1章  绪论	1
1.1  系统仿真的概念	1
1.1.1  系统	1
1.1.2  系统的模型	2
1.1.3  系统仿真	3
1.2  计算机仿真的概念	5
1.2.1  计算机仿真的定义	5
1.2.2  计算机仿真的基本要素与活动	5
1.2.3  计算机仿真的一般过程	6
1.3  液压系统的计算机仿真	7
1.3.1  液压系统的静动态特性	7
1.3.2  仿真技术在液压领域中的应用	8
1.3.3  液压系统动态特性仿真的研究过程	9
1.3.4  液压系统仿真技术的发展现状	10
第2章  液压系统动态特性建模与仿真基础	12
2.1  液压系统的建模原理	12
2.1.1  基本方程	12
2.1.2  模型的非线性因素	13
2.1.3  模型的降阶处理	13
2.2  液压系统动态特性建模方法	14
2.2.1  功率键合图法	14
2.2.2  节点容腔法	18
2.2.3  灰箱建模法	19
2.3  液压系统动态特性仿真方法	20
2.3.1  数值积分基本原理	20
2.3.2  龙格库塔法	21
2.3.3  吉尔法	23
2.4  液压系统动态特性的仿真软件	29
2.4.1  MATLAB/Simulink仿真软件	29
2.4.2  AMESim仿真软件	33
2.4.3  20-Sim仿真软件	44
2.5  液压系统动态特性仿真的刚性问题	52
2.5.1  刚性问题的定义	52
2.5.2  液压系统刚性问题的实质	53
2.5.3  液压系统动态特性刚性问题的解决途径	53
第3章  液压元件的仿真建模	61
3.1  基于Simulink的液压元件仿真建模	61
3.2  液压泵/马达的仿真建模	63
3.2.1  液压泵的仿真建模	63
3.2.2  液压马达的仿真建模	64
3.3  压力控制阀的仿真建模	65
3.3.1  溢流阀的仿真建模	65
3.3.2  平衡阀的仿真建模	66
3.4  流量控制阀的仿真建模	66
3.4.1  节流阀的仿真建模	66
3.4.2  调速阀的仿真建模	67
3.5  电磁换向阀的仿真建模	69
3.5.1  电磁换向阀的数学模型	70
3.5.2  电磁换向阀的仿真模型	80
3.6  电液比例方向阀的仿真模型	84
3.6.1  电液比例方向阀的数学模型	84
3.6.2  电液比例方向阀的仿真模型	91
3.7  液压管路的仿真建模	91
3.7.1  管路的分布参数模型	92
3.7.2  近似的集中参数模型	93
3.7.3  液压管道的仿真模型	94
3.8  液压缸的仿真建模	95
3.8.1  单级液压缸的仿真建模	95
3.8.2  多级液压缸的仿真建模	97
第4章  液压系统动态特性仿真与优化	102
4.1  基于Simulink的液压系统动态特性仿真	102
4.1.1  重物举升液压系统简介	102
4.1.2  基于Simulink的重物举升液压系统仿真	102
4.2  基于20-Sim的液压系统动态特性仿真	104
4.2.1  基于键合图的液压系统建模方法	104
4.2.2  基于20-Sim的重物提升液压系统仿真	105
4.3  基于AMESim的液压系统动态特性仿真	107
4.3.1  典型机液耦合系统简介	107
4.3.2  基于AMESim的典型机液耦合系统仿真	108
4.4  基于Simulink的液压系统动态特性优化	112
4.4.1  遗传算法优化原理	113
4.4.2  基于Simulink和遗传算法的参数优化思路	114
4.4.3  目标函数的选取及Simulink优化实现	115
4.5  基于AMESim的液压系统动态特性优化	118
4.5.1  基于Design Exploration模块的优化方法	120
4.5.2  基于AMESim/MATLAB接口的优化方法	120
4.6  基于Simulink和AMESim的液压系统动态特性联合仿真	121
4.6.1  Simulink和AMESim联合仿真平台的构建	121
4.6.2  Simulink和AMESim联合仿真的实现	123
第5章  液压系统缸内缓冲过程建模与仿真	126
5.1  液压冲击与缸内缓冲	126
5.1.1  液压冲击产生的机理与危害	126
5.1.2  液压冲击的控制与缸内缓冲	129
5.1.3  缸内缓冲装置的结构形式	130
5.2  缸内缓冲过程的数学建模	131
5.2.1  圆柱形缸内缓冲装置缓冲过程数学建模	132
5.2.2  台阶形缸内缓冲装置缓冲过程分析与建模	135
5.2.3  平板节流孔式缸内缓冲装置缓冲过程分析与建模	136
5.3  缸内缓冲过程仿真软件设计	138
5.3.1  Simulink仿真模型的建立	138
5.3.2  缓冲过程仿真软件界面设计	142
5.3.3  缓冲过程仿真软件的使用	145
5.4  缸内缓冲装置的结构参数优化	149
5.4.1  优化问题分析	149
5.4.2  圆柱形缓冲装置缓冲过程仿真与参数优化	151
5.4.3  台阶形缓冲装置缓冲过程仿真与参数优化	155
5.4.4  平板节流孔式缓冲装置缓冲过程仿真与参数优化	159
第6章  高速开关阀的特性仿真与应用研究	163
6.1  电液控制技术与高速开关阀	163
6.1.1  间接式电液数字控制技术	163
6.1.2  直接式电液数字控制技术	164
6.1.3  高速开关阀的结构与原理	165
6.2  高速开关阀的特性分析	167
6.2.1  高速开关阀的主要特性	167
6.2.2  高速开关阀的数学建模	168
6.2.3  高速开关阀的仿真建模	170
6.2.4  高速开关阀的特性仿真	171
6.2.5  高速开关阀的特性实验	174
6.3  基于HSV的直控式液压缸速度控制	177
6.3.1  液压回路与控制信号设计	177
6.3.2  液压回路的数学建模	178
6.3.3  系统仿真建模	179
6.3.4  仿真实验与验证	180
6.4  基于HSV的旁路节流式液压缸速度控制	182
6.4.1  液压回路与控制信号设计	182
6.4.2  液压回路的数学建模	183
6.4.3  系统仿真建模	184
6.4.4  仿真实验与验证	184
6.5  基于HSV的双缸调平系统同步控制	186
6.5.1  双缸同步控制系统方案设计	186
6.5.2  高速开关阀模糊控制器设计	188
6.5.3  主从式同步控制系统建模与仿真	191
6.5.4  协同式同步控制系统建模与仿真	195
6.5.5  同步控制效果实验验证	197
第7章  多级液压缸驱动举升系统控制仿真研究	199
7.1  多级液压缸驱动举升系统控制分析	199
7.1.1  多级液压缸驱动举升系统控制的研究内容	199
7.1.2  多级液压缸驱动举升系统控制的难点	200
7.2  多级液压缸驱动举升系统控制方案与角速度规划	200
7.2.1  举升过程控制方案	200
7.2.2  举升过程角速度动态分段规划方法	202
7.3  单神经元PSD控制策略	204
7.3.1  单神经元PID控制器	205
7.3.2  自适应PSD控制算法	205
7.3.3  单神经元自适应PSD智能控制器	207
7.4  基于多软件协同的多级液压缸举升系统建模与控制仿真	208
7.4.1  机电液一体化系统中的参数关联分析	208
7.4.2  基于Simulink的集成化仿真平台框架	210
7.4.3  多软件间的组织协同仿真实现	211
7.4.4  多级液压缸驱动举升系统控制仿真	218
参考文献	221

前    言
由于液压传动在各类设备和系统中的应用广泛，对其性能的要求也越来越高。一个好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，这就需要应用仿真技术开展液压系统动态特性的分析和优化。应用仿真技术，技术人员可以在设计阶段就能预测和分析液压系统的动静态特性，从而缩短液压系统或元件的设计周期，避免因重复实验以及加工所带来的昂贵费用，还可以及早地认识到该系统在动态特性设计方面存在的薄弱环节并加以消除，提高系统的性能。
本书针对液压系统动态特性仿真问题，从基本原理、实现方法、技术应用3个层面展开论述。在介绍液压系统动态特性建模与仿真的基本原理和方法的基础上，概括了典型液压元件仿真模型的建立方法、常见仿真软件环境下实现液压系统动态特性仿真与优化的技术方法，给出了应用仿真技术解决实际问题的实例。本书在编写上注重内容的系统性与实用性的统一，在内容组织上注意将建模与仿真问题有机结合，建模方法、仿真软件与仿真实例紧密结合，有较强的实用性和参考价值。
全书共分为7章，第1章为绪论；第2章为液压系统动态特性建模与仿真基础，介绍了液压系统仿真涉及的基本理论与方法；第3章为液压元件的仿真建模；第4章为液压系统动态特性仿真与优化，分别从元件级和系统级论述了液压系统仿真实现的技术方法；第5章为液压系统缸内缓冲过程建模与仿真；第6章为高速开关阀的特性仿真与应用研究；第7章为多级液压缸驱动举升系统控制仿真研究。后3章结合具体问题论述了仿真技术在液压系统设计与动态特性分析优化中的应用技术，可供读者借鉴和参考。
本书第1、5、6章由高钦和编写，第2、3、4、7章由马长林编写，全书由高钦和统稿，宋海洲、马志刚、郑贤林等参加了模型实现、资料整理等方面的工作。本书的编写是在作者导师黄先祥院士指导下完成的，同时得到了作者所在单位和同事的大力支持和帮助，参阅了国内同行发表的大量相关技术文献，在此表示衷心的感谢。由于作者水平有限，时间仓促，书中难免存在一些疏漏之处，恳请读者批评指正。


作  者  
2013年3月

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