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1、汽轮机电液伺服系统数学模型与仿真分析根据加口困串业汽拢机的特点.本汽轮机挖事校盘用电液伺服茶统.电债（1眼小越是同啜靠跳利电于技水相站鲁的广山J科应慑.坨军 大*楣崖高，尺寸小以毁林负段刚性人等得息，在军事.T业.航空等衰域的 捽制中用到泛伯应h门K，液h何版鬲疑精制品咆液何置馥筑已经在工业 自劫地粒城占有塞要地位11.电班右1粗聚拢具右以下*谎苴！L液Ji；”:稗的功笔一瓶M比和片庙最优或力即一IMt比）A.由比可以 见或体料小.M*轻、晌座快的伺服系挠.如优质电磁快号理方顾米髓产生他 金大力钓为175N*而渣出他啊坂人I.作年打风达加平方耀*至0西徒室里 高1工海,控引用税M椀速攫快.京儿
2、苑毁他队L漉山心也叫动旃忖. 年本上是一个周定顺军根育的二阶振黄环第.因为油的乐缩性根小-所以濮东 景过负技质优留介面成的同“彳/样，山比枸底的第蜕回牌增范荆以越, 施帕加宏，祭统qg前速度埔快区灌区同米索坟的挖制帚度高过一点是电动和气罚控制聂统所不能比报 的.国力破强弹青凰度大*僵11小，开开速度刚度，、盛位置硼坏时的位置 刚冲也K.所以受卡卜转钱够啊小,做先轴度ift：4液佳油能用后嗣渭刑作用.从而使其忤寿信厘箕1S 一瓶|，IWN系统物居文理螳倜速.刈邂范例广.以动甲。，非1支理4 有”近动.机械化土理七城岗比比战用蹴.电恃勒承格容外实现尢城叫 逋，但在卮动平事和去我住友直线运动不如破,
3、同射系段si.6.1 J电液伺服系统设计与计算1.1.1电漉伺脏向的法播 在T业汽轮机控制索统中,需要一种元件来连接电 彳元件和债用元件皿存睨构电的信号转博成液压格号*培种元和麻是血液伺 里国.市布筑中.选样MCQG加玉 茄乳儒触胀力为刀尸7MFJ孔 新定贰粒有 了北加皿 的电液嗣”应，门甩GS31.JOOS 口1滴足耍索.MOOG G631为取嗫啡t*i板机械反馈两级伺服阀.采用并联接线法，该阀的新定电流为/erlOOmA，线 电IB 28。(每个线),控制绕组电阴为14。.该网工作在八二2MP.时,空 我流量为5 =75 x = 4(MZ./min= 6,68x10-1 (m7s)(6-1
4、)7此时，伺服阀的流量增益为K“ 二牛=6 *；0 = 6 68x10-，, (n?/s)/A)(6-2)由实测的压力增益比1线行的 导=1.613X10a/A,人流量-压力系数可由已 知压力增益号和流量增益以换兑得到，其值为K = _= 6 65 10 = 4.14xl0-uy (mJ/s)/Pa)(6-3)K,.1.613x1.6.1.12电港伺服阀放大器的选择 木系统选川SA1200型伺服放大涔.SAI200 型伺服放大器是为位置闭环控制系统设计的通用配套放大器。适用于驳幼各种 大电流、低阻抗伺服阀，可在抗油污、抗干扰、抗高温环境中长期稔定地达 行,该放大器结构简单，调节方便，采用铝合金
5、外壳，?封闭结构，具仃良好 的散热、抗干扰和抗震性能，可方便固定在工业设备上.放大器集成度高，输 出电流大,功率级栗用带公共地端的电流负反馈形式，输出电流不受引线电阳 和负载变化的影响.并具有可集的短路保护.SAI2co型伺服放大器的结构原理 如图6-1所示.图6-1 SA4200 P何胤放大器原理圉Fig.6-1 Pmxiple chagnm of the SA4200 servo amplifier指令仅号由指令指号循入逑输入经放大后与反馈一号输入端输入的反馈信 ，;进行比较，其误差信，；”放大后到功率放大器变成也流信号输出，骈动伺服 ffl.指令宿号和反馈伶号均仃反相输入端和同相输入端。
6、可根据系统相位要求 任选.由广同相和反相输入相之间有很高的共模抑制比,因此用户也可并接一个 电阻，作电流信号输入用，为方便用户,在指令信号和反馈俏号输入为都有一 个25。标准取样电阻,只要将跳线器S2和S4接通即可接受标准电流信号输 入。放大器设仃反馈信号临出端，算输出为电流信号，用广远处点饰送外接二 仪表，从而M示、记录或输出闭环系统的仇我工况,调节零点W4和增益W5 可摘出420mA的标准电流信号.SA4200型伺服放大器的上变性能见表6-1.l 6-1SA42OO型伺服放大器的要性能 Table 6-1 Perfoi,meuice of tlie SA4200 servo-ampdifi
7、ei-输出电流1|300nxA额定仇我阻抗1130 Q颜军响应10-5 KHz电源电乐.频率11190340V 50Hz电源功率120W6.2 电液伺服系统数学模型6.2.1 电液伺朋系统数学模型建立过程的前提为T对现场的功频电液调节系统在运行中可能出现的一些性能上的ill化作 出及时的监测。首先要在研究汽轮机DEH系统的参数辨识方法的基础上建立 该系统的数学模型.在推导整个电液调节系统数学模型的过程中.我们作出了 如卜”的假定：1 .小偏差线性化 在整个调W过程中，各个部件都是在平衡位置的附近作 微幅变化,在这种情况在，可以将非线形方程在工作点处进行泰勒展开后进行 线性化处理。2 .运动部分
8、质盘小让 在现代汽轮机调力系统中，由于动力油田力的提高，使得运动部件的尺寸减小、质量减片，因而运动部分成量相对较小，可以 不考虑83 .粘性摩擦力不计-当部件的运动速度不是很高的时候，粘性摩擦力相对 于群摩擦力来说要小得彩.由于汽轮机调行系统各个环节的运动速度都不是很 高，因此.不考虑粘性摩擦力的影响，向将卜摩擦阻力按照典的小线性进行 处理间。622电液伺服系统典型环节的数学模型6.2.2 J蒸汽容积的数学模型 在讨论蒸汽容积的运动方程时，我们首先讨论 一下一般的情况，然后结合喷嘴片容枳的具体情况加以性iE.如图6 2所示是 薰汽容枳的示意图。蒸汽经阀门1流入体积为的容器，然后经过阀门2流出。
9、设容器中气体的压力为P,阀门1前气体压力为尺阀门2后气体压力为 月。则流经阀门1和阳门2的蒸汽流员应分别为何|的开度和阀门前后压力的 函数.当和6均为固定不变的常数时，则为容罂中气体压力和阀门开度的两数，即：图6-2蒸汽容枳示意图Fig.6-2 Diagnun of steun dun (6-4)(64)8G、dGG = G式4，P)=d+峪- ZJ(/。+(i)(*% %dPd = G(zQF + 恪-4 x 断+(iX 泵(fr式中4,4分别为阀门1和伸口2的开度.根据气体流动的连续方程式,流入容器流流的容器的窸汽员之差应该等该容器内气体密度O（kg/nS）的变化与其体积V之乘积,明（伉-
10、仇）曲=匕7 将方程式用泰勒级数展开.并设Go = G”，略士高阶项，则行:(6-6)(冯)AZ十(也)AP -(刍) (21) AP = F dAp dP八中 二一二二；dt dtp=p-A帽设气体的状态交化会按名变过辟讲行的.即q=常数，则 P.（敦=必空），设入.:幺为常数.令字=驾二也=害, p pK M RAp-立即包竺代入得:d(当 也上 n atAZ2-)3(6-7)或写成:Z】 HG,AZ,dG.招当由 ()o 5由 K-)g -加%月 丁叫2a尸HP月(6-8)等式两边均除以0=（鼻得 %(6-9)7 dpatA?式中P片.%?ZkZ2% =_二式（6-9）即为一般形式的气体
11、容枳方程式.对尸调节阀与喷嘴组之间的容积来讲（如图6-3所示）,因为喷嘴组的出口而枳是不变的，所以AZ】 = O，即/=0,所以方程式（6-9）就成为：(6-10)图&3调节阀与喷嘴组之间的熊汽容枳Fig.6-3 Steam dimensian of regulate valve beVveen nozzle在稳定状态下（此时空-（），节附1的位移从JtAZiw时（此时&-1）,容积中的压力将从0-月（此时夕. = 1）,代入后，得:(6-H)Oj xl= 1所以% =1.由此求得汽轮机喷嘴室的汽体容积方程为(6-12)设为等温过程，此时 =1。令， =0R，而且考虑到汽轮机的额定流量00 =
12、 Ga，则(6-13)因此时间常以7；的物理意义就是：当流入体枳为，的容器的流量为小危机 的额兀,流uq 时，便该容器中的蒸汽量n零增加到d。- vP%所需的时间川.则其传递函数为W(6-14)式中 T。蒸汽容枳时间常数，取0,2s.6.2.22转子的数学模型决定汽轮机转子运行的因素有三介：苜先是汽轮机的蒸汽力如Af ,其次是负载的反力矩M, ,第三是摩擦力拓”小 不平衡力矩使 转子产*角加（诚）速度詈.考虑到摩擦力矩延远小于蒸汽力矩和负裳的反力(6-15)如，可以略去不计，所以作用在转子上的力平衡方程是: do, M 一峪at式中/ 一一软子的转动惯量（炮加）？2xn3 =60转子的角速度（
13、足度/秒）汽轮机的蒸汽力矩首先和它的蒸汽流汽.即喷嘴室内的蒸汽压力有关；其 次和转子转动的角速度的关.蒸汽流盘愈多,即喷嘴空中蒸汽压力愈高,则汽 轮机的蒸汽力却也愈大：向角速度愈大.则蒸汽力矩愈小.它们之间的关系可 以表示为：(6-16) 负我的反力知必的大小，首先可以用时间t的函数*我示：其次它也和角速度有关,一般角速度愈高则反力矩也愈大,它们之间的关系可以表示为(6-17)将蒸汽力如Mr和仇载反力如代入式(6-15)可得=(6-18)at按照泰勒级数将上式展开.略去高阶项,并设A/ze/。则得r (。) /狎/ 狎八 A /加八 Ah Al/ Z4Z in7+)oA=(-(6-19)dt
14、do)d&)dP上式乂可写成并设式中 转3 = 4-2，表示汽轮机“空级至额定负荷时，喷中宛中蒸汽压力的 变化值，因E之口，所以ajl 月。Jh0(篝。比(会)应(6-21)d(pp - KO at式(621)称为汽轮机转子的运动方程。式中 T转子时间常数:尸一I平衡系数考出到工业汽轮机一股为单机运行，可用乙孚十月3-Q表示，此时白调 at“作用3很小可忽略，则其传递函数为:(6-22)式中 T汽轮机转子时间常数.取3s.6.2.23电液伺服尚及伺服放大器传递函数 伺服阀的或际动态特性与供汩Jk 力、输入仁;，幅值、油温、环境温度、负我条件等许多肉素行大。它是个高 度纪杂的装置，具仃育阶的甘线
15、性动态特性,因此，用一阶、二阶，跌至三阶 伐递函数描述伺服阀的动态特性.也仪仅是时伺服阀实际动态特性的一个近似 等效。但在大多数电液伺服系统中，在服阀的动态响应往往裔系统负我的动 态响应。因此.在分析系统动态材性时，只需要知道在一个适当的低频段内的 伺服脚动态特性,为简化分析,并考虑到具有较好的等效精度,从实用角度出 发，一股伺服伺采用二阶振荡环行形式的传递函数川.伺服阀的传递函数有实测频率特性，经曲线拟合得。 Q。(6厂丁.-(E1 工5打见 心本系统中 七伺服斶固有角W率，HX465(rad/s)：，阻尼系数，取。.5S伺服放大器可以行成比例环节(6-25)(6-26)(6-27)二K(6-24)E
