Привод пилотного клапана (IL)

Исполнительный механизм одностороннего или двойного действия, управляемый давлением пилот-сигнала в изотермической жидкостной сети

развернуть все на странице

Библиотека:
Simscape/Жидкости/Приводы клапанов и силы

Описание

Блок привода пилотного клапана (IL) моделирует исполнительный механизм одностороннего или двойного действия, управляемый давлением пилотного клапана для управления подключенным клапаном или отверстием в изотермической жидкостной сети.

Для исполнительного механизма одностороннего действия, когда управляющее давление PX - Patm превышает силу предварительной нагрузки пружины в отверстии X, поршень начинает срабатывать в направлении, заданном параметром механической ориентации.

Для привода двойного действия контрольное давление Pcontrol представляет собой разницу между PX - Patm и PY - Patm. Поршень приводится в действие в направлении большего приложенного перепада давлений, противодействуя силе пружины в противоположном отверстии. Когда движение поршня изменяется на противоположное, эта пружина не вытягивается и не оказывает уравновешивающее усилие на положение поршня.

Поршни в портах X и Y прикреплены к одной катушке. Обе пружины восстанавливают катушку в нейтральное положение, когда она падает ниже противодействующего усилия предварительной нагрузки пружины. Для приводов одностороннего действия нейтральное положение находится в порту X. Для приводов двойного действия нейтральное положение находится в центре привода.

Исполнительный механизм одностороннего действия

Усилие на поршень создается перепадом давления между окном X и атмосферным давлением:

$_{Fool} =_{(} {pX}_{-}_{} patm$ ) AX,

где AX - площадь поршня в порте X. Когда усилие пружины больше силы предварительной нагрузки пружины в порте X, поршень начинает двигаться.

Схема привода одностороннего действия

Перемещение поршня

Мгновенное перемещение поршня рассчитывается как:

${\overset{}{}}_{} \frac{_{}_{}}{x˙dyn=xsteady−xdynτ},$

где устойчивое положение поршня xsteady - положение поршня при текущем перепаде давления, пропорциональном силе пружины при максимальном ходе поршня:

$_{xsteady} =_{} \frac{{Fxstroke}_{}_{}}{_{}_{}}_{}$

где:

Fpre - сила предварительной нагрузки пружины в порту X.
Fmax - максимальная сила пружины, действующая против перемещения поршня, $_{Fmax} =_{} {Kxstroke}_{+}$ Fpre, и где K - жесткость пружины в отверстии X.
xstroke - ход поршня от порта X.
λ - механическая ориентация, указывающая на движение поршня в положительном направлении (выпуск) или в отрицательном направлении (уборка).

Если сила на поршне меньше силы предварительной нагрузки пружины при X, поршень остается в нейтральном положении или перемещается в нейтральное положение. Если усилие, приложенное к поршню, соответствует или превышает максимальное усилие пружины, поршень остается на ходу до тех пор, пока приложенное давление не изменится.

Привод двойного действия

Разность сил в окнах X и Y определяет движение поршня:

$_{Fool} =_{(} {pX}_{-}_{} patm)_{} AX_{- (} {pY}_{} -$ patm) AY.

Давление, приложенное к отверстию X, смещает золотник в сторону от камеры X и противодействует пружине в отверстии Y. Аналогично, давление, приложенное к отверстию Y, смещает золотник в сторону от камеры Y и противодействует пружине в отверстии X. Когда золотник изменяет направление на противоположное, ранее выдвинутая пружина сжимается, прикладывая усилие к катушке. Ранее сжатая пружина, пружина в отверстии в направлении движения, не выступает и не влияет на положение катушки.

Схема привода двойного действия

Перемещение поршня

Смещение поршня рассчитывается как:

${\overset{}{}}_{} \frac{_{}_{}}{x˙dyn=xsteady−xdynτ},$

$_{xsteady} =_{(}_{FYxstroke},_{Y}_{-} Fxxstroke, \frac{_{X) λ} =_{(}}{_{Fspool −}_{Fpre,}}_{YFmax, Y -} \frac{{Fpre}_{,}_{Yxstroke,} Y}{_{− (-}_{Fspool}} -_{Fpre, X})$ Fmax, X − Fpre, Xxstroke

где:

Fpre_, X и _Fpre, Y - сила предварительной нагрузки пружины в порту X и сила предварительной нагрузки пружины в порту Y соответственно.
Fmax_, X и _Fmax, Y - максимальные силы пружины, действующие против смещения поршня в окнах X и Y соответственно, где:

$_{Fmax} =_{} {Kxstroke}_{+}$ Fpre,
K - жесткость пружины на порт.
xstroke - ход поршня на отверстие.
λ - механическая ориентация, которая присваивает сигнал на перемещение поршня как положительный (выпуск) или отрицательный (уборка).

Если сила, действующая на поршень, меньше силы предварительной нагрузки пружины соответствующего отверстия, поршень остается или возвращается в нейтральное положение. Если усилие, приложенное к поршню, соответствует или превышает максимальное усилие пружины для соответствующего отверстия, поршень остается на ходу поршня до тех пор, пока приложенное давление не изменится.

Численно сглаженная сила

Когда привод близок к полному удлинению или полной уборке, можно сохранить численную устойчивость в моделировании, настроив коэффициент сглаживания блока. При ненулевом коэффициенте сглаживания функция сглаживания применяется ко всем вычисленным силам, но в первую очередь влияет на моделирование в крайних точках движения поршня.

Если для параметра «Конфигурация привода» установлено значение Single-actingнормированная сила на поршне рассчитывается как:

${\overset{}{F}}_{^} \frac{X_{=}_{Fspool}}{-_{}_{}} FPreFmax$ − Fpre.

Если для параметра «Конфигурация привода» установлено значение Double-actingнормализованная сила на поршне при X рассчитывается как:

${\overset{}{F}}_{^} \frac{X_{= -}_{Fspool -}}{_{Fpre,}_{XFmax,}}$ X − Fpre, X.

нормированная сила при Y вычисляется как:

${\overset{}{F}}_{^} \frac{Y_{=}_{Fspool -}}{_{Fpre,}_{YFmax,}} Y$ − Fpre, Y.

Если коэффициент сглаживания s не равен нулю, каждая нормированная сила включает сглаживание:

${\overset{}{F}}_{^X,} \frac{}{сглаженный} \frac{=}{} \sqrt{{\overset{12}{}}_{}^{+} {\frac{}{12F}}^{^}} \frac{}{X2} \sqrt{{{\overset{}{+}}_{(} s4)}^{} 2 {\frac{-}{}}^{12}}$ (F ^ X − 1) 2 + (s4) 2,

${\overset{}{F}}_{^Y,} \frac{}{сглаженный} \frac{=}{} \sqrt{{\overset{12}{}}_{}^{+} {\frac{}{12F}}^{^}} \frac{}{Y2} \sqrt{{{\overset{}{+}}_{(} s4)}^{} 2 {\frac{-}{}}^{12}}$ (F ^ Y − 1) 2 + (s4) 2.

Порты

Сохранение

развернуть все

`X` - Напорный порт PX
изотермическая жидкость

Давление в порту X. Массовый расход через порт отсутствует.

`Y` - Напорный порт PY
изотермическая жидкость

Давление в порту Y. Массовый расход через порт отсутствует.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите для параметра Тип привода значение Double-acting.

Продукция

развернуть все

`S` - Перемещение поршня, м
физический сигнал

Перемещение поршня, определяемое как физический сигнал. Знак смещения соответствует направлению, указанному в параметре ориентации Mechanical.

Параметры

развернуть все

`Actuator configuration` - Тип моделируемого привода
`Single-acting` (по умолчанию) | `Double-acting`

Тип моделируемого привода.

`Piston area at port X` - Площадь поперечного сечения штока поршня в отверстии X
`1e-4 m^2` (по умолчанию) | положительный скаляр

Площадь поперечного сечения штока поршня в отверстии X.

`Piston area at port Y` - Площадь поперечного сечения штока поршня в отверстии Y
`1e-4 m^2` (по умолчанию) | положительный скаляр

Площадь поперечного сечения штока поршня в отверстии Y.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Тип привода значение Double-acting.

`Spring preload force` - Усилие в нейтральном положении
`20 N` (по умолчанию) | скаляр

Усилие, воздействующее на поршень в нейтральном положении.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Тип привода значение Single-acting.

`Spring preload force at port X` - Усилие в порту X в нейтральном положении
`20 N` (по умолчанию) | скаляр

Усилие в порту X в нейтральном положении.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Тип привода значение Double-acting.

`Spring preload force at port Y` - Усилие в порту Y в нейтральном положении
`20 N` (по умолчанию) | скаляр

Усилие в порту Y в нейтральном положении.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Тип привода значение Double-acting.

`Spring stiffness` - Коэффициент жесткости
`15e3 N/m` (по умолчанию) | положительный скаляр

Коэффициент жесткости пружины. Максимальная сила пружины определяется по жесткости, K, и сила предварительной нагрузки пружины: $_{Fmax} =_{} {Kxstroke}_{+}$ Fpre,

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Тип привода значение Single-acting.

`Spring stiffness at port X` - Коэффициент жесткости в порту X
`15e3 N/m` (по умолчанию) | положительный скаляр

Жесткость пружины порта X. Максимальное усилие пружины определяется из жесткости, K, и усилия предварительной нагрузки пружины в порту X: $_{Fmax} =_{} {Kxstroke}_{+}$ Fpre,

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Тип привода значение Double-acting.

`Spring stiffness at port Y` - Коэффициент жесткости в порту Y
`15e3 N/m` (по умолчанию) | положительный скаляр

Жесткость пружины порта Y. Максимальное усилие пружины определяется из жесткости, K, и усилия предварительной нагрузки пружины в порту Y: $_{Fmax} =_{} {Kxstroke}_{+}$ Fpre,

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Тип привода значение Double-acting.

`Piston stroke` - Максимальное расстояние хода поршня
`5e-3 m` (по умолчанию) | положительный скаляр

Максимальное расстояние хода поршня.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Тип привода значение Single-acting.

`Piston stroke from port X` - Максимальное расстояние хода поршня в порту X
`5e-3 m` (по умолчанию) | положительный скаляр

Максимальное расстояние хода поршня в отверстии X.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Тип привода значение Double-acting.

`Piston stroke from port Y` - Максимальное расстояние хода поршня в порту Y
`5e-3 m` (по умолчанию) | положительный скаляр

Максимальное расстояние хода поршня в отверстии Y.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Тип привода значение Double-acting.

`Smoothing factor` - Коэффициент численного сглаживания
`0.01` (по умолчанию) | положительный скаляр в диапазоне [0,1]

Коэффициент непрерывного сглаживания, который вносит слой постепенного изменения в реакцию потока, когда клапан находится в почти открытом или почти закрытом положении. Установите для этого значения ненулевое значение меньше единицы, чтобы повысить стабильность моделирования в этих режимах.

`Actuator dynamics` - Учитывать ли переходные процессы при срабатывании
`Off` (по умолчанию) | `On`

Учитывать ли переходные эффекты в положении катушки из-за срабатывания. Установка динамики привода в значение On аппроксимирует движение исполнительного механизма путем введения запаздывания первого порядка в положение катушки. Постоянная времени исполнительного механизма также влияет на смоделированную динамику.

`Actuator time constant` - Постоянная времени перемещения поршня
`0.1 s` (по умолчанию) | положительный скаляр

Константа, фиксирующая время, необходимое для достижения поршнем установившегося состояния при перемещении из одного положения в другое. Этот параметр влияет на моделируемую динамику привода.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Динамика привода значение On.

`Mechanical orientation` - Направление перемещения поршня
`Pilot pressure at port X causes positive piston displacement` (по умолчанию) | `Pilot pressure at port X causes negative piston displacement`

Устанавливает направление перемещения поршня на основе конфигурации в порту X. Если конфигурация привода установлена в Double-actingсила смещения в отверстии Y действует в направлении, противоположном силе в отверстии X. Pilot pressure at port X causes positive piston displacement соответствует положительному перемещению, когда давление при Х толкает поршень в сторону отверстия Y. Pilot pressure at port X causes negative piston displacement соответствует отрицательному перемещению, когда давление при Х толкает поршень в сторону отверстия Y.

Примеры модели

Hydraulic Axial-Piston Pump with Load-Sensing and Pressure-Limiting Control

Гидравлический аксиально-поршневой насос с контролем нагрузки и ограничением давления

Испытательная установка, предназначенная для исследования взаимодействия между аксиально-поршневым насосом и типичным блоком управления, одновременно выполняющим функции измерения нагрузки и ограничения давления. Для повышения точности моделирования в этом примере используется подробная модель насоса, которая учитывает взаимодействие между поршнями, качающейся пластиной и пластиной клапана.

См. также

Привод патронного клапана (IL) | Привод двойного действия (IL) | Контрольный клапан с пилотным управлением (IL) | Привод одностороннего действия (IL)

Представлен в R2020a

Документация

Привод пилотного клапана (IL)

Описание

Исполнительный механизм одностороннего действия

Привод двойного действия

Численно сглаженная сила

Порты

Сохранение

X - Напорный порт PX изотермическая жидкость

Y - Напорный порт PY изотермическая жидкость

Зависимости

Продукция

S - Перемещение поршня, м физический сигнал

Параметры

Actuator configuration - Тип моделируемого привода Single-acting (по умолчанию) | Double-acting

Piston area at port X - Площадь поперечного сечения штока поршня в отверстии X 1e-4 m^2 (по умолчанию) | положительный скаляр

Piston area at port Y - Площадь поперечного сечения штока поршня в отверстии Y 1e-4 m^2 (по умолчанию) | положительный скаляр

Зависимости

Spring preload force - Усилие в нейтральном положении 20 N (по умолчанию) | скаляр

Зависимости

Spring preload force at port X - Усилие в порту X в нейтральном положении 20 N (по умолчанию) | скаляр

Зависимости

Spring preload force at port Y - Усилие в порту Y в нейтральном положении 20 N (по умолчанию) | скаляр

Зависимости

Spring stiffness - Коэффициент жесткости 15e3 N/m (по умолчанию) | положительный скаляр

Зависимости

Spring stiffness at port X - Коэффициент жесткости в порту X 15e3 N/m (по умолчанию) | положительный скаляр

Зависимости

Spring stiffness at port Y - Коэффициент жесткости в порту Y 15e3 N/m (по умолчанию) | положительный скаляр

Зависимости

Piston stroke - Максимальное расстояние хода поршня 5e-3 m (по умолчанию) | положительный скаляр

Зависимости

Piston stroke from port X - Максимальное расстояние хода поршня в порту X 5e-3 m (по умолчанию) | положительный скаляр

Зависимости

Piston stroke from port Y - Максимальное расстояние хода поршня в порту Y 5e-3 m (по умолчанию) | положительный скаляр

Зависимости

Smoothing factor - Коэффициент численного сглаживания 0.01 (по умолчанию) | положительный скаляр в диапазоне [0,1]

Actuator dynamics - Учитывать ли переходные процессы при срабатывании Off (по умолчанию) | On

Actuator time constant - Постоянная времени перемещения поршня 0.1 s (по умолчанию) | положительный скаляр

Зависимости

Mechanical orientation - Направление перемещения поршня Pilot pressure at port X causes positive piston displacement (по умолчанию) | Pilot pressure at port X causes negative piston displacement

Примеры модели

Гидравлический аксиально-поршневой насос с контролем нагрузки и ограничением давления

См. также

Документация по жидкостям Simscape

Поддержка

`X` - Напорный порт PX
изотермическая жидкость

`Y` - Напорный порт PY
изотермическая жидкость

`S` - Перемещение поршня, м
физический сигнал

`Actuator configuration` - Тип моделируемого привода
`Single-acting` (по умолчанию) | `Double-acting`

`Piston area at port X` - Площадь поперечного сечения штока поршня в отверстии X
`1e-4 m^2` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Piston area at port Y` - Площадь поперечного сечения штока поршня в отверстии Y
`1e-4 m^2` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Spring preload force` - Усилие в нейтральном положении
`20 N` (по умолчанию) | скаляр

`Spring preload force at port X` - Усилие в порту X в нейтральном положении
`20 N` (по умолчанию) | скаляр

`Spring preload force at port Y` - Усилие в порту Y в нейтральном положении
`20 N` (по умолчанию) | скаляр

`Spring stiffness` - Коэффициент жесткости
`15e3 N/m` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Spring stiffness at port X` - Коэффициент жесткости в порту X
`15e3 N/m` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Spring stiffness at port Y` - Коэффициент жесткости в порту Y
`15e3 N/m` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Piston stroke` - Максимальное расстояние хода поршня
`5e-3 m` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Piston stroke from port X` - Максимальное расстояние хода поршня в порту X
`5e-3 m` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Piston stroke from port Y` - Максимальное расстояние хода поршня в порту Y
`5e-3 m` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Smoothing factor` - Коэффициент численного сглаживания
`0.01` (по умолчанию) | положительный скаляр в диапазоне [0,1]

`Actuator dynamics` - Учитывать ли переходные процессы при срабатывании
`Off` (по умолчанию) | `On`

`Actuator time constant` - Постоянная времени перемещения поршня
`0.1 s` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Mechanical orientation` - Направление перемещения поршня
`Pilot pressure at port X causes positive piston displacement` (по умолчанию) | `Pilot pressure at port X causes negative piston displacement`