Некоторые аспекты использования гидравлических актуаторов
DOI:
https://doi.org/10.55287/22275398_2026_58_25Ключевые слова:
гидравлический актуатор, позиционирование, математическое моделирование, нелинейность, золотниковый распределитель, трение, адаптивное управление, динамическая точность.Аннотация
В статье проведен анализ ключевых факторов, ограничивающих быстродействие и точность позиционирования гидравлических актуаторов в системах автоматизации технологического оборудования. Установлено, что для цилиндров двустороннего действия доминирующим фактором, определяющим динамическую ошибку позиционирования, является нелинейность расходно-напорных характеристик золотникового распределителя на малых перепадах давления, в то время как для актуаторов вращательного действия критичным становится влияние пульсации давления и упругих деформаций силовых элементов.
Научная новизна исследования заключается в разработке модифицированной математической модели динамики привода, интегрирующей уточненное описание потока через рабочую кромку золотника с учетом эффекта ламинаризации при малых смещениях, а также нестационарной модели сил сухого трения в уплотнениях цилиндра. В отличие от известных моделей, использующих линейные аппроксимации, предложенная модель позволяет с высокой точностью прогнозировать возникновение зон «застоя» и связанных с ними автоколебаний, что принципиально важно для систем прецизионного позиционирования.
Практическая значимость исследования определяется тем, что на основе предложенной модели разработан алгоритм адаптивного компенсационного управления. Алгоритм реализует двухконтурную структуру с внутренним контуром компенсации нелинейностей распределителя и внешним контуром позиционирования с ПИД-регулятором, параметры которого корректируются в зависимости от текущей нагрузки и скорости движения. Результаты моделирования в среде MATLAB/Simulink и стендовые испытания показали, что внедрение предложенного алгоритма для привода зажимного устройства станка с ЧПУ позволяет снизить статическую ошибку позиционирования на 72% (с 0,25 мм до 0,07 мм) и повысить максимальную скорость отработки траектории на 18% при сохранении требуемого усилия.
Библиографические ссылки
1. Bayda E. I. Vliyanie gidravlicheskogo dempfera na dinamiku dvukhpozitsionnogo polyarizovannogo aktuatora [Influence of a hydraulic damper on the dynamics of a two‑position polarized actuator]. Elektrotekhnika i elektromekhanika. 2013;(5):15–18. (In Russian).
2. Grishchenko V. I., Korotych D. A. Matematicheskoe modelirovanie gidravlicheskogo raspredelitelya [Mathematical modeling of a hydraulic distributor]. In: Aktualnye problemy nauki i tekhniki 2017: materialy natsionalnoy nauchno‑prakticheskoy konferentsii, Rostov‑on‑Don, 15–17 May 2017. Rostov‑on‑Don: Donskoy gosudarstvennyy tekhnicheskiy universitet; 2017. p. 11–13. EDN GDGMHQ. (In Russian).
3. Grishchenko V. I., Prikhodko S. P. Matematicheskoe modelirovanie gidravlicheskogo klapana davleniya nepryamogo deystviya [Mathematical modeling of an indirect‑acting hydraulic pressure valve]. In: Aktualnye problemy nauki i tekhniki 2017: materialy natsionalnoy nauchno‑prakticheskoy konferentsii, Rostov‑on‑Don, 15–17 May 2017. Rostov‑on‑Don: Donskoy gosudarstvennyy tekhnicheskiy universitet; 2017. p. 13–15. EDN IGAYFF. (In Russian).
4. Grishchenko V. I., Tumakov A. A., Poleshkin M. S., et al. Modelirovanie avtomaticheskoy sistemy gorizontalizirovaniya krutosklonnoy mobilnoy mashiny s gidravlicheskim datchikom krena [Modeling of an automatic leveling system for a steep‑slope mobile machine with a hydraulic tilt sensor]. Omskiy nauchnyy vestnik. 2019;2(164):11–18. doi:10.25206/1813-8225-2019-164-11-18. EDN LLWMCJ. (In Russian).
5. Grishchenko V. I., Sidorenko V. S. Modelirovanie protsessa pozitsionirovaniya ispolnitelnykh mekhanizmov tekhnologicheskogo oborudovaniya diskretnym pnevmogidravlicheskim ustroystvom s pnevmaticheskimi liniyami svyazi [Modeling of actuator positioning in technological equipment by a discrete pneumatic‑hydraulic device with pneumatic communication lines]. Vestnik Donskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. 2009;S2:81–89. EDN MOTOEL. (In Russian).
6. Ivliev E. A., Grishchenko V. I., Medvedev D. D. Matematicheskaya model elektrogidravlicheskogo aktuatora [Mathematical model of an electro‑hydraulic actuator]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Severo‑Kavkazskiy region. Tekhnicheskie nauki. 2023;(4):98–110. doi:10.17213/1560-3644-2023-4-98-110. (In Russian).
7. Kozhukhova A. V., Nevzorova M. Yu. Chastotnoe regulirovanie obemnykh gidravlicheskikh nasosov [Frequency control of positive‑displacement hydraulic pumps]. Aktualnye napravleniya nauchnykh issledovaniy XXI veka: teoriya i praktika. 2015;3;9‑3(20‑3):83–87. doi:10.12737/16871. (In Russian).
8. Medvedev D. D., Ivliev E. A., Grishchenko V. I. Adaptivnye gidro‑ i pnevmoprivody tekhnologicheskogo oborudovaniya [Adaptive hydraulic and pneumatic drives of technological equipment]. In: Aktualnye problemy nauki i tekhniki 2022: materialy Vserossiyskoy (natsionalnoy) nauchno‑prakticheskoy konferentsii, Rostov‑on‑Don, 16–18 March 2022. Shevchenko N. A., editor. Rostov‑on‑Don: Donskoy gosudarstvennyy tekhnicheskiy universitet; 2022. p. 1005–1006. EDN PDGLNX. (In Russian).
9. Nazarenko D. V., Bolshev V. E., Grishchenko V. I., Ivliev E. A., Medvedev D. D. Razrabotka elektrogidravlicheskogo aktuatora dlya selskokhozyaystvennoy tekhniki [Development of an electro‑hydraulic actuator for agricultural machinery]. Agrarnyy nauchnyy zhurnal. 2024;(9):134–146. (In Russian).
10. Obukhova E. N., Grishchenko V. I. Modelirovanie dinamiki protsessa pozitsionirovaniya pnevmoprivoda dvustoronnego deystviya [Modeling the dynamics of the positioning process of a double‑acting pneumatic drive]. In: Intellektualnye sistemy, upravlenie i mekhatronika – 2018: materialy Vserossiyskoy nauchno‑tekhnicheskoy konferentsii, Sevastopol, 29–31 May 2018. Sevastopol: Sevastopolskiy gosudarstvennyy universitet; 2018. p. 165–168. EDN XTIOFN. (In Russian).
