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第 30 卷第 7 期焊接学报 Vol. 30 No. 7
2 0 0 9 年 7 月 TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION July 2 0 0 9
线性摩擦焊机施力系统压力响应动态仿真
银东东, 杜随更, 于龙岐, 马云峰
( 西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室, 西安 710072)
摘要: 为研究线性摩擦焊机电液伺服施力系统对滑台压力的闭环控制特性, 根据输
入输出各变量之间的关系推导出电液伺服施力系统相对于压力信号的闭环传递函数,
再根据该数学模型建立起系统的仿真模型并实施仿真. 为验证建模与仿真的可信度,
对电液伺服施力系统进行了闭环控制下的压力频率特性试验, 并重点分析了系统压力
对压力闭环响应特性的影响. 结果表明, 数值仿真与试验结果基本吻合; 电液伺服施力
系统相对于闭环压力为二阶惯性加一阶微分环节, 系统工作频宽较大, 稳定性较好; 提
高系统压力可改善压力闭环动态响应特性.
关键词: 线性摩擦焊; 电液伺服系统; 频率特性; 仿真
中图分类号: TG425 文献标识码: A 文章编号: 0253- 360X( 2009) 07- 0049- 04 银东东
0 序言 1 施力系统压力闭环控制原理
线性摩擦焊接( LFW) 技术作为新一代航空发动线性摩擦焊机滑台电液伺服系统可实现对滑台
机制造过程当中的一项关键技术, 在国外少数发达压力和速度的控制, 该伺服系统主要由伺服放大器、
国家已经得到了较为成熟的应用[ 1] . 在国内, 近年电液伺服阀、压力传感器、伺服油缸等部分组成. 该
来随着高推比航空发动机对整体叶盘的迫切需要, 系统闭环压力控制原理是: 指令装置发出电压信号
线性摩擦焊接作为航空发动机整体叶盘制造和维修 U, 在与压力传感器采回的压力信号进行比较并进
的一项关键技术[ 2] , 受到了航空部门的重视. 西北行 PI 运算后将所得结果作为伺服放大器输入, 伺服
工业大学在教育部
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建设项目支持下, 自主研制放大器将电压信号转换为电流信号并放大后, 输出
了一台线性摩擦焊接设备. 给电液伺服阀, 控制阀芯动作, 从而控制伺服油缸前
线性摩擦焊机采用液压作为滑台轴向施力系统后两腔的压差及活塞运动方向速度. 此处采用的伺
和垂直振动系统的驱动动力. 国外摩擦焊接施力系服阀为力反馈两级伺服阀, 可以分解为三个部分: 电
[ 3, 4]
统一般采用电液伺服控制系统, 国内也在一些磁力矩马达、双喷嘴! 挡板前置放大级, 以及由四通
旋转式摩擦焊机上进行过电液伺服系统改造, 并取滑阀及反馈杆等组成的功率放大级. 系统对滑台压
[ 5]
得了良好效果. 文中线性摩擦焊机即是采用以伺力的闭环控制原理如图 1 所示. 图 1 中指令信号是
服阀为核心的电液伺服系统控制滑台速度和压力. 由控制程序通过工控机给出的. 当顶锻缸与焊接件
针对焊接过程的关键量滑台压力, 通过解析法接触、检测到力传感器产生的力信号后, 计算机开始
推导出其在闭环控制下的输入输出数学模型, 然后执行对压力的闭环控制, 即程序将计算机给出的力
对伺服系统闭环压力响应进行了仿真, 最后通过