ارزيابي و تحليل دقت مدل هاي جامع كاملاً غيرخطي و ساده شده براي شيرهاي كنترل جريان اسپولي با وضعيت هاي انطباقي مختلف

Assessment and Precision Analysis of Nonlinear and Simplified Models for Spool Flow Control Valves with Various Lapping Geometries

معادلات غيرخطي شيرهاي كنترل جريان اسپولي، دبي‌هاي كنترلي را از طريق پورت‌هاي شير به پارامترهاي آن مرتبط مي سازند. اين معادلات حالات شيرهاي مركز بحراني، فراانطباقي و فروانطباقي را پوشش مي‌دهند. عدم تساوي عرض اسپول‌ها و موقعيت خنثاي نامتعارف اسپول‌هاي شير نيز مي‌تواند با استفاده از اين مدل شبيه‌سازي شود. علاوه بر اين، مدل ساده شده شير كنترل جريان اسپولي با فرضياتي مي تواند براي سهولت تحليل مورد استفاده قرار گيرد. در اين مقاله دقت مدل كاملاً غيرخطي در مقايسه با مدل ساده شده متعارف مورد تحليل قرار مي گيرد. بر اساس مدل خطي مرتبه دوم يك سيستم سروهيدروليك، آناليز ابعادي مدل كاملاً غيرخطي شير نشان مي دهد كه دقت مدل مستقل از انتخاب يك دسته خاص از پارامترهاي آن است. در واقع، خطاي مدل براي يك مقدار معين از ضريب ميرايي هيدروليكي به مقادير پارامترهاي مدل وابسته نيست، به گونه اي كه تركيب اين پارامترها منجر به يك ضريب ميرايي ثابت مي شود. بنابراين دقت مدل مي تواند از قبل به كمك شبيه سازي تعيين شود. اين نكته مي تواند انعطاف پذيري بالايي را در اختيار طراح سيستم كنترل هيدروليك قرار دهد تا از امكان استفاده از مدل ساده شده شير بدون تعيين خطاهاي مدل سازي اطمينان حاصل نمايد. به دليل اينكه سيستم هاي هيدروليكي به ندرت فراتر از محدوده فركانسي مورد نظر به حركت در مي آيند، مي توان نتيجه گرفت كه براي بسياري از كاربردها، مدل ساده شير بيان دقيقي از ديناميك شير را مي تواند فراهم سازد.

Nonlinear models of the flow control valves relate the control flows through the valve ports to the valve parameters. An integrated model covers thoroughly the critical-lapped, over-lapped and under-lapped valves. The non-equality of spool lands and incorrect null position of spools can also be simulated using this model. Moreover, the simplified model can be used base on some assumptions for ease of analysis.In this paper, an accuracy analysis is performed to compare a fully nonlinear valve model to the conventional simplified one. According to the second order linear model of a servo-hydraulic system, a non-dimensional analysis for the fully nonlinear model shows that the accuracy of the model is independent of the specific categories of its parameters. In fact, the model error for a certain amount of hydraulic damping coefficient does not depend on the model parameters, such that a combination of these parameters leads to a constant damping coefficient. Therefore, the accuracy of the model can already be determined using simulation. This point provides a high flexibility to the hydraulic control system designer to put up the possibility of using simplified models without any need to determine the model errors. Because the hydraulic systems are barely driven beyond the scope of the desired frequency, it can be concluded that for some applications, the simplified model of the valves can accurately express the valve dynamic.