本書以數(shù)字液壓缸為研究對象，探索了數(shù)字液壓缸建模與仿真的多種途徑和方法，可為機電液高度集成系統(tǒng)的建模與仿真分析提供借鑒參考。
全書共分為6章。第1章主要介紹數(shù)字液壓技術及發(fā)展，數(shù)字液壓缸的機理及特點。第2章主要介紹閥控非對稱液壓缸建模過程，液壓系統(tǒng)建模原理，機電液系統(tǒng)仿真分析軟件及多領域協(xié)同仿真方法等基礎知識。第3章主要討論典型數(shù)字液壓缸機理建模過程及Simulink仿真分析方法。第4章主要討論基于AMESim的數(shù)字液壓缸建模仿真的多種思路與實現(xiàn)途徑。第5章主要探討基于ADAMS與AMESim實現(xiàn)數(shù)字液壓缸協(xié)同建模與仿真的方法。第6章主要探討數(shù)字液壓缸性能優(yōu)化、試驗系統(tǒng)設計與測試方法等。
本書可作為高等院校機械、流體專業(yè)高年級本科生和研究生的參考書籍，也可供相關專業(yè)領域科研與工程技術人員參考使用。
液壓傳動與控制已經(jīng)成為服務于各行各業(yè)技術裝備的集傳動、控制和檢測為一體的綜合自動化技術。隨著計算機技術和電子技術的飛速發(fā)展，數(shù)字液壓技術也得到了快速發(fā)展。與傳統(tǒng)的電液伺服液壓系統(tǒng)相比，數(shù)字液壓系統(tǒng)具有控制技術先進、抗干擾能力強、控制精度高、同步性能好、響應速度快、對油液的清潔度要求低等諸多優(yōu)點。
數(shù)字液壓缸也稱數(shù)控油缸，是一種內(nèi)建閉環(huán)、使用開環(huán)的系統(tǒng)工程級單一液壓元件，利用其可將脈沖轉(zhuǎn)換為精密的功率驅(qū)動，實現(xiàn)微米級的控制精度，其成功地把液壓技術與數(shù)字技術結(jié)合起來，實現(xiàn)了液壓傳動的數(shù)字化控制、遠距離控制和智能控制，具有控制精度高、結(jié)構(gòu)簡單、控制方便等優(yōu)點，是液壓技術數(shù)字化的典型范例。
數(shù)字液壓缸將一個集流體、機械、電氣、自動化等多專業(yè)的系統(tǒng)，化繁為簡成為一個具有數(shù)字化控制特性、高效集成且獨立化的元件。目前對數(shù)字液壓缸的穩(wěn)定性、快速性和準確性以及系統(tǒng)應用的性能等仍處于不斷探索階段，而仿真分析是必要的輔助手段，通過仿真數(shù)據(jù)的分析評價，為數(shù)字液壓缸的性能優(yōu)化提供理論依據(jù)，有利于進一步提高數(shù)字液壓缸及系統(tǒng)應用的工作性能。
本書結(jié)合作者多年來對液壓系統(tǒng)建模與仿真，尤其是近年來在數(shù)字液壓技術方面的研究成果，以數(shù)字液壓缸為研究對象，一方面旨在探索數(shù)字液壓缸建模與仿真的多種途徑和方法，另一方面也為類似的機電液一體化集成系統(tǒng)的建模與仿真分析提供借鑒參考。
全書共分為6章。第1章緒論，主要介紹數(shù)字液壓技術及發(fā)展，數(shù)字液壓缸的機理及特點。第2章數(shù)字液壓缸建模仿真分析基礎，主要介紹閥控非對稱液壓缸建模、液壓系統(tǒng)建模原理與方法、機電液系統(tǒng)仿真分析軟件及多領域協(xié)同仿真方法等基礎知識。第3章數(shù)字液壓缸機理建模及Simulink仿真分析，主要討論典型數(shù)字液壓缸機理建模過程，分別得到其傳遞函數(shù)模型、非線性模型，并探索基于Simulink對數(shù)字液壓缸的性能進行仿真分析的方法。第4章數(shù)字液壓缸AMESim建模與仿真分析，主要討論基于AMESim仿真軟件平臺實現(xiàn)數(shù)字液壓缸建模仿真的途徑，提出多種建模仿真思路。第5章數(shù)字液壓缸機液耦合建模及仿真分析，主要探討基于ADAMS與AMESim實現(xiàn)數(shù)字液壓缸協(xié)同建模與仿真的方法，為數(shù)字液壓缸虛擬樣機分析提供一種途徑。第6章數(shù)字液壓缸性能優(yōu)化與測試試驗，主要探討從內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外部變量對數(shù)字液壓缸性能影響分析的方法、性能測試試驗系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)、性能優(yōu)化與測試試驗的方法等。
本書引用的參考文獻在書中多用作啟示指導，為了方便讀者進行延伸閱讀，參考文獻按章列出。匆忙之中，想必定會有曾對作者有重要影響的文獻資料遺漏了，這里一并對文獻作者表示感謝！
本書的出版還要感謝同事和同仁們給予的支持和幫助！感謝家人的理解與支持，我才能集中時間撰寫書稿！也感謝西安電子科技大學出版社劉小莉、于文平編輯的細致與辛勤工作！
由于作者水平有限及時間倉促，書中難免有疏漏和不妥之處，懇請讀者批評指正。同時，需要特別說明的是，本書著重于對數(shù)字液壓缸建模與仿真途徑進行探索，旨在為數(shù)字液壓缸及類似的機電液集成系統(tǒng)的仿真分析研究提供方法參考，而對數(shù)字液壓缸本身性能的分析不是本書的重點；書中所提供的實例均經(jīng)過仿真驗證。希望能與液壓技術及機電系統(tǒng)仿真領域相關的讀者進行交流溝通。
第1章 緒論 1
1.1 概述 1
1.1.1 傳統(tǒng)液壓技術 1
1.1.2 數(shù)字液壓技術 2
1.2 典型數(shù)字液壓元件 3
1.2.1 增量式數(shù)字閥 4
1.2.2 高速開關閥 5
1.2.3 組合式數(shù)字閥 7
1.3 數(shù)字液壓缸國內(nèi)外研究發(fā)展情況 8
1.3.1 國外研究現(xiàn)狀 8
1.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 9
1.3.3 數(shù)字液壓缸建模研究方法及成果 10
1.4 機液伺服機構(gòu)與數(shù)字液壓缸 12
1.4.1 典型機液伺服機構(gòu)原理分析 12
1.4.2 數(shù)字液壓缸機理分析 14
1.4.3 數(shù)字液壓缸的特點 15
參考文獻 16
第2章 數(shù)字液壓缸建模仿真分析基礎 19
2.1 閥控非對稱液壓缸建模 19
2.1.1 負載壓力及負載流量 20
2.1.2 流量連續(xù)方程 21
2.1.3 滑閥的線性化流量方程 23
2.1.4 液壓缸和負載的力平衡方程 23
2.2 液壓系統(tǒng)的建模原理與方法 24
2.2.1 液壓系統(tǒng)的建模原理 24
2.2.2 液壓系統(tǒng)的建模方法 26
2.3 機電液系統(tǒng)仿真分析軟件平臺 28
2.3.1 Matlab/Simulink仿真軟件 28
2.3.2 ADAMS仿真軟件 32
2.3.3 AMESim仿真軟件 36
2.4 機電液系統(tǒng)多軟件協(xié)同仿真 47
2.4.1 機電液系統(tǒng)各領域參數(shù)關聯(lián)分析 48
2.4.2 基于Simulink的集成化仿真平臺框架 48
2.4.3 軟件間的組織內(nèi)部協(xié)同仿真方法 49
參考文獻 51
第3章 數(shù)字液壓缸機理建模及Simulink仿真分析 53
3.1 數(shù)字液壓缸數(shù)學模型 53
3.1.1 步進電機與閥芯的旋轉(zhuǎn)模型 53
3.1.2 三通閥模型 54
3.1.3 液壓缸模型 55
3.1.4 數(shù)字液壓缸整體模型 56
3.2 基于傳遞函數(shù)的仿真分析 56
3.2.1 確定仿真參數(shù)及建立模型 56
3.2.2 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 58
3.2.3 系統(tǒng)定位精度分析 58
3.3 基于狀態(tài)方程的非線性模型仿真分析 60
3.3.1 考慮非線性因素的建模分析 60
3.3.2 仿真結(jié)果分析 63
參考文獻 66
第4章 數(shù)字液壓缸AMESim建模與仿真分析 68
4.1 主要元件模型 68
4.1.1 控制閥模型 68
4.1.2 液壓缸模型 69
4.1.3 步進電機模型 70
4.1.4 液壓油源模型 73
4.1.5 螺旋副模型 74
4.2 數(shù)字液壓缸AMESim建模仿真思路 79
4.3 基于信號等效反饋的數(shù)字液壓缸建模仿真 81
4.3.1 建模過程 81
4.3.2 仿真分析 82
4.4 基于閥套隨動等效反饋的數(shù)字液壓缸建模仿真 84
4.4.1 建模過程 84
4.4.2 仿真分析 86
4.5 應用螺旋副的數(shù)字液壓缸建模與仿真 86
4.5.1 建模過程 86
4.5.2 仿真分析 88
參考文獻 89
第5章 數(shù)字液壓缸機液耦合建模及仿真分析 91
5.1 機液耦合系統(tǒng)參數(shù)關聯(lián)關系 91
5.2 數(shù)字液壓缸協(xié)同建模方案 93
5.2.1 建模方法 93
5.2.2 數(shù)據(jù)交換方法及接口定義 94
5.3 建立ADAMS動力學模型 94
5.3.1 三維模型建立 94
5.3.2 動力學模型建立 95
5.3.3 模型驗證 97
5.4 建立AMESim液壓模型 98
5.4.1 考慮數(shù)值解算的模型優(yōu)選 98
5.4.2 液壓部分建模 99
5.5 聯(lián)合仿真接口設置 99
5.5.1 AMESim接口設置 99
5.5.2 ADAMS變量設置 100
5.6 聯(lián)合仿真分析 103
5.6.1 單級螺旋反饋式數(shù)字液壓缸聯(lián)合仿真分析 103
5.6.2 雙級螺旋反饋式數(shù)字液壓缸仿真分析 106
參考文獻 108
第6章 數(shù)字液壓缸性能優(yōu)化與測試試驗 110
6.1 數(shù)字液壓缸的性能優(yōu)化分析 110
6.1.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析 110
6.1.2 參量優(yōu)化分析 113
6.2 性能測試試驗系統(tǒng) 115
6.2.1 試驗系統(tǒng)硬件設計 117
6.2.2 試驗系統(tǒng)軟件設計 121
6.3 試驗系統(tǒng)AMESim仿真分析 123
6.3.1 AMESim建模 123
6.3.2 仿真分析 124
6.4 數(shù)字液壓缸性能測試試驗 126
6.4.1 工況試驗 126
6.4.2 優(yōu)化驗證試驗 127
6.4.3 設備驗證試驗 129
參考文獻 130
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