Pilot Valve Actuator (IL)

Привод одностороннего или двойного действия, управляемый давлением управления в изотермической гидравлической сети

Библиотека:
Simscape/Жидкости/Приводы Клапана и Силы

Описание

Блок привода клапана управления (IL) моделирует привод одностороннего или двойного действия, управляемый давлением управления для управления соединенным клапаном или отверстием в изотермической гидравлической сети.

Для привода одностороннего действия, когда давление управления, P X - _{P атм}, превышает Spring preload force at port X, поршень начинает вращаться в направлении, заданном параметром Mechanical orientation.

Для привода двойного действия управление давлением P _{управлением} является различием между _P X - _P атм и P Y _- P атм. Поршень действует в направлении большего приложенного перепада давления, противоположно упругой силе у противоположного порта. Когда перемещение поршня меняется назад, эта пружина не простирается и не прикладывает противовесного усилия к положению поршня.

Поршни порта X и порта Y прикреплены к одному золотнику. Обе пружины восстанавливают золотник в нейтральное положение F когда _{золотник} падает ниже противолежащего предварительного поджатия пружины. Для приводов одностороннего действия нейтральное положение находится в порту X. Для приводов двойного действия нейтральное положение находится в центре привода.

Гидропривод одностороннего действия

Сила на поршне создается перепадом давления между портом X и атмосферным давлением:

$F_{s p o o l} = (p_{X} - p_{a t m}) A_{X},$

где A X является Piston area at port X. Когда _{F золотник} больше Spring preload force at port X, поршень начинает двигаться.

Схема гидропривода одностороннего действия

Перемещение поршня

Текущее перемещение поршня определяется как:

${\dot{x}}_{d y n} = \frac{x_{s t e a d y} - x_{d y n}}{τ},$

где установившееся положение поршня, x _{установившееся}, является положением поршня при текущем перепаде давления, пропорциональном упругой силе при максимальном штрихе поршня :

$x_{s t e a d y} = F x_{s t r o k e} ε = \frac{F_{s p o o l} - F_{p r e}}{F_{\max} - F_{p r e}} x_{s t r o k e} ε,$

где:

F _pre является Spring preload force at port X.
F _max - это максимальная упругая сила, действующая на перемещение поршня , $F_{\max} = K x_{s t r o k e} + F_{p r e},$ и где K Spring stiffness at port X.
x _штриха является Piston stroke from port X.
ε - Mechanical orientation, который указывает движение поршня в положительном направлении (удлинение) или отрицательном направлении (уборка).

Если сила на поршне меньше Spring preload force at X, поршень остается в нейтральном положении или переходит в нейтральное положение. Если сила на поршне соответствует или превышает максимальную упругую силу, поршень остается на штрих до тех пор, пока приложенные скачки давления.

Привод двойного действия

Различие между силами в портах X и Y диктует перемещение поршня:

$F_{s p o o l} = (p_{X} - p_{a t m}) A_{X} - (p_{Y} - p_{a t m}) A_{Y} .$

Давление, приложенное к порту X, смещает золотник от ёмкости на X и противостоит пружине у порта Y. Точно так же давление, приложенное к порту Y, смещает золотник от ёмкости в Y и противостоит пружине в порту X. Когда золотник изменяет направление назад, ранее удлиненная пружина сжимается, прикладывая силу к золотнику. Ранее сжатая пружина, пружина у порта в направлении движения, не простирается и не влияет на положение золотника.

Схема привода двойного действия

Перемещение поршня

Перемещение поршня вычисляется как:

${\dot{x}}_{d y n} = \frac{x_{s t e a d y} - x_{d y n}}{τ},$

$x_{s t e a d y} = (F_{Y} x_{s t r o k e, Y} - F_{X} x_{s t r o k e, X}) ε = (\frac{F_{s p o o l} - F_{p r e, Y}}{F_{\max, Y} - F_{p r e, Y}} x_{s t r o k e, Y} - \frac{(- F_{s p o o l} - F_{p r e, X})}{F_{\max, X} - F_{p r e, X}} x_{s t r o k e, X}) ε,$

где:

F _pre, X и _{F pre}, Y являются Spring preload force at port X и Spring preload force at port Y, соответственно.
F _max, X и _{F max}, Y являются максимальными упругими силами, действующими на перемещение поршня в портах X и Y, соответственно, где:

$F_{\max} = K x_{s t r o k e} + F_{p r e},$
K - жесткость пружины на порт.
x _штрих - это штрих поршня на порт.
ε - Mechanical orientation, который присваивает сигнал движения поршня положительный (удлинение) или отрицательный (уборка).

Если сила на поршне меньше, чем соответствующее предварительное поджатие пружины порта, поршень остается или возвращается в нейтральное положение. Если сила на поршне соответствует или превышает максимальную упругую силу для соответствующего порта, поршень остается на ходу поршня до тех пор, пока приложенное давление не изменится.

Численно-сглаженная сила

Когда привод близок к полному удлинению или полному уборке, можно сохранить числовую робастность в симуляции, регулируя Smoothing factor блока. При ненулевом коэффициенте сглаживания функция сглаживания применяется ко всем вычисленным силам, но в основном влияет на симуляцию в крайних точках перемещения поршня.

Когда Actuator configuration установлено на Single-actingнормированное усилие на поршне вычисляется как:

${\hat{F}}_{X} = \frac{F_{s p o o l} - F_{P r e}}{F_{\max} - F_{P r e}} .$

Когда Actuator configuration установлено на Double-actingнормированное усилие на поршень при X вычисляется как:

${\hat{F}}_{X} = \frac{- F_{s p o o l} - F_{P r e, X}}{F_{\max, X} - F_{P r e, X}} .$

и нормированная сила в Y вычисляется как:

${\hat{F}}_{Y} = \frac{F_{s p o o l} - F_{P r e, Y}}{F_{\max, Y} - F_{P r e, Y}} .$

Когда Smoothing factor, s, ненулевая, каждая нормированная сила включает сглаживание:

${\hat{F}}_{X, s m o o t h e d} = \frac{1}{2} + \frac{1}{2} \sqrt{{\hat{F}}_{X}^{2} + {(\frac{s}{4})}^{2}} - \frac{1}{2} \sqrt{{({\hat{F}}_{X} - 1)}^{2} + {(\frac{s}{4})}^{2}},$

${\hat{F}}_{Y, s m o o t h e d} = \frac{1}{2} + \frac{1}{2} \sqrt{{\hat{F}}_{Y}^{2} + {(\frac{s}{4})}^{2}} - \frac{1}{2} \sqrt{{({\hat{F}}_{Y} - 1)}^{2} + {(\frac{s}{4})}^{2}} .$

Порты

Сохранение

расширить все

`X` - Порт давления P X
изотермическая жидкость

Давление в порте X. Массовый режим течения через порт отсутствует.

`Y` - Порт давления P Y
изотермическая жидкость

Давление в порте Y. Массовый режим течения через порт отсутствует.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите Actuator type равным Double-acting.

Выход

расширить все

`S` - Перемещение поршня, м
физический сигнал

Перемещение поршня, заданный как физический сигнал. Знак перемещения соответствует направлению, указанному в параметре Mechanical orientation.

Параметры

расширить все

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

Тип моделируемого привода.

`Piston area at port X` - Площадь поперечного сечения поршневого штока у порта X
`1e-4 m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Площадь поперечного сечения поршневого штока у порта X.

`Piston area at port Y` - Площадь поперечного сечения штока поршня у порта Y
`1e-4 m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Площадь поперечного сечения поршневого штока у порта Y.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Actuator type равным Double-acting.

`Spring preload force` - Сила в нейтральном положении
`20 N` (по умолчанию) | скаляром

Сила, действующая на поршень в нейтральном положении.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Actuator type равным Single-acting.

`Spring preload force at port X` - Сила на порт X в нейтральном положении
`20 N` (по умолчанию) | скаляром

Сила на порт X в нейтральном положении.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Actuator type равным Double-acting.

`Spring preload force at port Y` - Сила на порт Y в нейтральном положении
`20 N` (по умолчанию) | скаляром

Сила на порт Y в нейтральном положении.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Actuator type равным Double-acting.

`Spring stiffness` - Коэффициент жесткости
`15e3 N/m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Коэффициент жесткости пружины. Максимальная упругая сила определяется из жесткости, K и Spring preload force: $F_{\max} = K x_{s t r o k e} + F_{p r e},$

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Actuator type равным Single-acting.

`Spring stiffness at port X` - Коэффициент жесткости у порта X
`15e3 N/m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Порт X жесткостью пружины. Максимальная упругая сила определяется из жесткости, K и Spring preload force at port X: $F_{\max} = K x_{s t r o k e} + F_{p r e},$

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Actuator type равным Double-acting.

`Spring stiffness at port Y` - Коэффициент жесткости при порте Y
`15e3 N/m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Порт Y жесткостью пружины. Максимальная упругая сила определяется из жесткости, K и Spring preload force at port Y: $F_{\max} = K x_{s t r o k e} + F_{p r e},$

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Actuator type равным Double-acting.

`Piston stroke` - Максимальное расстояние хода поршня
`5e-3 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Максимальное расстояние хода поршня.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Actuator type равным Single-acting.

`Piston stroke from port X` - Максимальное расстояние хода поршня в порте X
`5e-3 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Максимальное расстояние хода поршня в порте X.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Actuator type равным Double-acting.

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

Максимальное расстояние хода поршня в порте Y.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Actuator type равным Double-acting.

`Smoothing factor` - Численный коэффициент сглаживания
`0.01` (по умолчанию) | положительная скалярная величина в области значений [0,1]

Непрерывный коэффициент сглаживания, который вводит слой постепенного изменения отклика потока, когда клапан находится в почти открытом или почти закрытом положении. Установите это значение ненулевым значением меньше единицы, чтобы увеличить стабильность вашей симуляции в этих режимах.

`Actuator dynamics` - Учитывать ли переходные процессы во время приведения в действие
`Off` (по умолчанию) | `On`

Учитывать ли переходные эффекты в положении золотника из-за приведения в действие. Установка значения Actuator dynamics On аппроксимирует движение привода путем введения задержки первого порядка в положении золотника. Этот Actuator time constant также влияет на смоделированную динамику.

`Actuator time constant` - Постоянная времени перемещения поршня
`0.1 s` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

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

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Actuator dynamics равным 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`

Задает направление перемещения поршня на основе строения порта X. Если для Actuator configuration задано значение Double-actingсила перемещения в порте Y действует в противоположном направлении силы в порту X. Pilot pressure at port X causes positive piston displacement соответствует положительному перемещению, когда давление на X толкает поршень к порту Y. Pilot pressure at port X causes negative piston displacement соответствует отрицательному перемещению, когда давление на X толкает поршень к порту Y.

Примеры моделей

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

Гидравлический аксиально-поршневой насос с измерением нагрузки и ограничением давления

Испытательная установка, предназначенная для исследования взаимодействия между аксиально-поршневым насосом и типовым модулем управления, одновременно выполняющим функции измерения нагрузки и ограничения давления. Чтобы увеличить точность симуляции, этот пример использует подробную модель насоса, которая учитывает взаимодействие между поршнями, наклонным диском и клапанным диском.

См. также

Распределитель (IL) | Привод двойного действия (IL) | Запорный клапан с управлением управления (IL) | Гидропривод одностороннего действия (IL)

Введенный в R2020a

Документация

Pilot Valve Actuator (IL)

Описание

Гидропривод одностороннего действия

Привод двойного действия

Численно-сглаженная сила

Порты

Сохранение

X - Порт давления P X изотермическая жидкость

Y - Порт давления P Y изотермическая жидкость

Зависимости

Выход

S - Перемещение поршня, м физический сигнал

Параметры

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

Piston area at port X - Площадь поперечного сечения поршневого штока у порта X 1e-4 m^2 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Piston area at port Y - Площадь поперечного сечения штока поршня у порта Y 1e-4 m^2 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

Spring preload force - Сила в нейтральном положении 20 N (по умолчанию) | скаляром

Зависимости

Spring preload force at port X - Сила на порт X в нейтральном положении 20 N (по умолчанию) | скаляром

Зависимости

Spring preload force at port Y - Сила на порт Y в нейтральном положении 20 N (по умолчанию) | скаляром

Зависимости

Spring stiffness - Коэффициент жесткости 15e3 N/m (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

Spring stiffness at port X - Коэффициент жесткости у порта X 15e3 N/m (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

Spring stiffness at port Y - Коэффициент жесткости при порте Y 15e3 N/m (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

Piston stroke - Максимальное расстояние хода поршня 5e-3 m (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

Piston stroke from port X - Максимальное расстояние хода поршня в порте X 5e-3 m (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

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

Зависимости

Smoothing factor - Численный коэффициент сглаживания 0.01 (по умолчанию) | положительная скалярная величина в области значений [0,1]

Actuator dynamics - Учитывать ли переходные процессы во время приведения в действие Off (по умолчанию) | On

Actuator time constant - Постоянная времени перемещения поршня 0.1 s (по умолчанию) | положительная скалярная величина

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 моделей

Гидравлический аксиально-поршневой насос с измерением нагрузки и ограничением давления

См. также

Документация Simscape Fluids

Поддержка

`X` - Порт давления P X
изотермическая жидкость

`Y` - Порт давления P Y
изотермическая жидкость

`S` - Перемещение поршня, м
физический сигнал

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

`Piston area at port X` - Площадь поперечного сечения поршневого штока у порта X
`1e-4 m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Piston area at port Y` - Площадь поперечного сечения штока поршня у порта Y
`1e-4 m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Spring preload force` - Сила в нейтральном положении
`20 N` (по умолчанию) | скаляром

`Spring preload force at port X` - Сила на порт X в нейтральном положении
`20 N` (по умолчанию) | скаляром

`Spring preload force at port Y` - Сила на порт Y в нейтральном положении
`20 N` (по умолчанию) | скаляром

`Spring stiffness` - Коэффициент жесткости
`15e3 N/m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Spring stiffness at port X` - Коэффициент жесткости у порта X
`15e3 N/m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Spring stiffness at port Y` - Коэффициент жесткости при порте Y
`15e3 N/m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Piston stroke` - Максимальное расстояние хода поршня
`5e-3 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Piston stroke from port X` - Максимальное расстояние хода поршня в порте X
`5e-3 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

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

`Smoothing factor` - Численный коэффициент сглаживания
`0.01` (по умолчанию) | положительная скалярная величина в области значений [0,1]

`Actuator dynamics` - Учитывать ли переходные процессы во время приведения в действие
`Off` (по умолчанию) | `On`

`Actuator time constant` - Постоянная времени перемещения поршня
`0.1 s` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`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`