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第22篇 液压控制3

第1章 控制理论基础3

1 控制系统的一般概念3

1.1 反馈控制原理3

1.2 反馈控制系统的组成、类型和要求3

2 线性控制系统的数学描述4

2.1 微分方程4

2.2 传递函数及方块图5

2.3 控制系统的传递函数7

2.4 信号流图及梅逊增益公式8

2.4.1 信号流图和方块图的对应关系8

2.4.2 梅逊增益公式9

2.5 机、电、液系统中的典型环节10

2.6 频率特性11

2.6.1 频率特性的定义、求法及表示方法11

2.6.2 开环波德图、奈氏图和尼柯尔斯图的绘制12

2.7 单位脉冲响应函数和单位阶跃响应函数14

3 线性控制系统的性能指标15

4 线性反馈控制系统分析16

4.1 稳定性分析16

4.1.1 稳定性定义和系统稳定的充要条件16

4.1.2 稳定性准则16

4.1.3 稳定裕量18

4.2 控制系统动态品质分析19

4.2.1 时域分析法19

4.2.2 频率分析法22

4.2.3 控制系统波德图的绘制24

4.3 控制系统的误差分析24

4.3.1 误差和误差传递函数24

4.3.2 稳态误差的计算25

4.3.3 改善系统稳态品质的主要方法26

5 线性控制系统的校正26

5.1 校正方式和常用的校正装置26

5.1.1 校正方式26

5.1.2 常用的校正装置27

5.2 用期望特性法确定校正装置31

5.2.1 期望特性的绘制31

5.2.2 校正装置的确定32

5.3 用综合性能指标确定校正装置33

6 非线性反馈控制系统34

6.1 概述34

6.2 描述函数的概念35

6.3 描述函数法分析非线性控制系统38

6.3.1 稳定性分析38

6.3.2 振荡稳定性分析39

6.3.3 消除自激振荡的方法39

6.3.4 非线性特性的利用39

6.3.5 非线性系统分析举例40

7 控制系统的仿真40

7.1 系统仿真的基本概念40

7.1.1 模拟仿真和数字仿真40

7.1.2 仿真技术的应用42

7.2 连续系统离散相似法数字仿真42

7.2.1 离散相似法的原理42

7.2.2 连接矩阵及程序框图43

8 线性离散控制系统45

8.1 概述45

8.1.1 信号的采样过程45

8.1.2 信号的复原46

8.1.3 数字控制系统的离散脉冲模型46

8.2 Z变换47

8.2.1 Z变换定义47

8.2.2 Z变换的基本性质49

8.2.3 Z反变换49

8.2.4 用Z变换求解差分方程50

8.3 脉冲传递函数50

8.3.1 脉冲传递函数的定义50

8.3.2 离散控制系统的脉冲传递函数51

8.4 离散控制系统分析51

8.4.1 稳定性分析51

8.4.2 过渡过程分析52

8.4.3 稳态误差分析53

第2章　液压控制概述54

1 液压控制系统与液压传动系统的比较54

2 电液伺服系统与电液比例系统的比较55

3 液压伺服系统的组成及分类55

4 液压伺服系统的几个重要概念56

5 液压伺服系统的基本特性56

6 液压伺服系统的优点、难点及应用57

第3章 液压控制元件、液压动力元件、伺服阀59

1 液压控制元件59

1.1 液压控制元件概述59

1.1.1 液压控制元件的类型及特点59

1.1.2 液压控制阀的类型、原理及特点59

1.1.3 液压控制阀的静态特性及其阀系数的定义60

1.1.4 液压控制阀的液压源类型61

1.2 滑阀61

1.2.1 滑阀的种类及特征61

1.2.2 滑阀的静态特性及阀系数62

1.2.3 滑阀的力学特性64

1.2.4 滑阀的功率特性及效率66

1.2.5 滑阀的设计66

1.3 喷嘴挡板阀67

1.3.1 喷嘴挡板阀的种类、原理及应用67

1.3.2 喷嘴挡板阀的静态特性68

1.3.3 喷嘴挡板阀的力特性69

1.3.4 喷嘴挡板阀的设计69

1.4 射流管阀和射流偏转板阀70

1.4.1 射流管阀的紊流淹没射流特征70

1.4.2 流量恢复系数与压力恢复系数71

1.4.3 射流管阀的静态特性及应用71

1.4.4 射流偏转板阀的特点及应用72

2 液压动力元件73

2.1 液压动力元件的类型、特点及应用73

2.2 液压动力元件的静态特性及其负载匹配73

2.2.1 动力元件的静态特性73

2.2.2 负载特性及其等效74

2.2.3 阀控动力元件与负载特性的匹配76

2.3 液压动力元件的动态特性76

2.3.1 对称四通阀控制对称缸的动态特性76

2.3.2 对称四通阀控制不对称缸分析82

2.3.3 三通阀控制不对称缸的动态特性84

2.3.4 四通阀控制液压马达的动态特性85

2.3.5 泵控马达的动态特性87

2.4 动力元件的参数选择与计算89

3 伺服阀90

3.1 伺服阀的组成及分类90

3.1.1 伺服阀的组成及反馈方式90

3.1.2 伺服阀的分类及输出特性91

3.1.3 电气-机械转换器的类型、原理及特点91

3.2 典型伺服阀的结构及工作原理92

3.3 伺服阀的特性及性能参数96

3.3.1 流量伺服阀的特性及性能参数96

3.3.2 压力伺服阀的特性及性能参数99

3.4 伺服阀的选择、使用及维护101

3.5 伺服阀的试验102

3.5.1 试验的类型及项目103

3.5.2 标准试验条件103

3.5.3 试验回路及测试装置104

3.5.4 试验内容及方法104

第4章　液压伺服系统的设计计算106

1 电液伺服系统的设计计算106

1.1 电液位置伺服系统的设计计算106

1.1.1 电液位置伺服系统的类型及特点106

1.1.2 电液位置伺服系统的方块图、传递函数及波德图106

1.1.3 电液位置伺服系统的稳定性计算108

1.1.4 电液位置伺服系统的闭环频率响应108

1.1.5 电液位置伺服系统的分析及计算110

1.2 电液速度伺服系统的设计计算111

1.2.1 电液速度伺服系统的类型及控制方式111

1.2.2 电液速度伺服系统的分析与校正112

1.3 电液力（压力）伺服系统的分析与设计114

1.3.1 电液力伺服系统的类型及特点114

1.3.2 电液驱动力伺服系统的分析与设计114

1.3.3 电液负载力伺服系统的分析与设计118

1.4 电液伺服系统的设计方法及步骤120

2 机液伺服系统的设计计算124

2.1 机液伺服系统的类型及应用124

2.1.1 阀控机液伺服系统124

2.1.2 泵控机液伺服系统127

2.2 机液伺服机构的分析与设计128

3 电液伺服油源的分析与设计129

3.1 对液压伺服油源的要求129

3.2 液压伺服油源的类型、特点及应用130

3.3 液压伺服油源的参数选择130

3.4 液压伺服油源特性分析131

3.4.1 定量泵—溢流阀油源131

3.4.2 恒压变量泵油源132

4 液压伺服系统的污染控制133

4.1 液压污染控制的基础知识133

4.1.1 液压污染的定义与类型133

4.1.2 液压污染物的种类及来源133

4.1.3 固体颗粒污染物及其危害134

4.1.4 油液中的水污染、危害及脱水方法134

4.1.5 油液中的空气污染、危害及脱气方法135

4.1.6 油液污染度的测量方法及特点136

4.1.7 液压污染控制中的有关概念136

4.2 油液污染度等级标准137

4.2.1 GB/T 14039—2002《液压传动—油液—固体颗粒污染等级代号法》137

4.2.2 PALL污染度等级代号140

4.2.3 NAS 1638污染度等级标准140

4.2.4 SAE 749D污染度等级标准141

4.2.5 几种污染度等级对照表142

4.3 不同污染度等级油液的显微图像比较142

4.4 伺服阀的污染控制143

4.4.1 伺服阀的失效模式、后果及失效原因143

4.4.2 双喷嘴挡板伺服阀的典型结构及主要特征144

4.4.3 伺服阀对油液清洁度的要求146

4.5 液压伺服系统的全面污染控制146

4.5.1 系统清洁度的推荐等级代号146

4.5.2 过滤系统的设计149

4.5.3 液压元件、液压部件（装置）及管道的污染控制151

4.5.4 系统的循环冲洗152

4.5.5 过滤系统的日常检查及清洁度检验152

5 伺服液压缸的设计计算153

5.1 伺服液压缸与传动液压缸的区别153

5.2 伺服液压缸的设计步骤153

5.3 伺服液压缸的设计要点154

6 液压伺服系统设计实例155

6.1 液压压下系统的功能及控制原理155

6.2 设计任务及控制要求157

6.3 APC系统的控制模式及工作参数的计算158

6.4 APC系统的数学模型160

7 液压伺服系统的安装、调试与测试162

8 控制系统的工具软件MATLAB及其在仿真中的应用163

8.1 MATLAB仿真工具软件简介163

8.2 液压控制系统位置自动控制（APC）仿真实例164

8.2.1 建模步骤164

8.2.2 运行及设置167

第5章 电液比例系统的设计计算173

1 概述173

1.1 电液比例系统的组成、原理、分类及特点173

1.2 电液比例控制系统的性能要求176

1.3 电液比例阀体系的发展与应用特点176

2 电-机械转换器177

2.1 常用电-机械转换器简要比较178

2.2 比例电磁铁的基本工作原理和典型结构178

2.3 常用比例电磁铁的技术参数181

2.4 比例电磁铁使用注意事项182

3 电液比例压力控制阀182

3.1 概述182

3.2 比例溢流阀的若干共性问题182

3.3 电液比例压力阀的典型结构及工作原理184

3.4 典型比例压力阀的主要性能指标191

3.5 电液比例压力阀的性能191

3.6 电液比例压力控制回路及系统194

4 电液比例流量控制阀198

4.1 电液比例流量控制的分类198

4.2 由节流型转变为调速型的基本途径199

4.3 电液比例流量控制阀的典型结构及工作原理199

4.4 电液比例流量控制阀的性能203

4.5 节流阀的特性203

4.6 流量阀的特性204

4.7 二通与三通流量阀工作原理与能耗对比206

4.8 电液比例流量阀动态特性试验系统208

4.9 电液比例流量控制回路及系统208

4.10 电液比例压力流量复合控制阀210

5 电液比例方向流量控制阀211

5.1 比例方向节流阀特性与选用211

5.2 比例方向流量阀特性214

6 比例多路阀217

6.1 概述217

6.2 六通多路阀的微调特性218

6.3 四通多路阀的负载补偿与负载适应218

7 电液比例方向流量控制阀典型结构和工作原理221

8 伺服比例阀225

8.1 从比例阀到伺服比例阀225

8.2 伺服比例阀225

8.3 伺服比例阀产品特性示例227

9 电液比例流量控制的回路及系统230

10 电液比例容积控制233

10.1 变量泵的基本类型234

10.2 基本电液变量泵的原理与特点234

10.3 应用示例——塑料注射机系统236

11 电控器238

11.1 电控器的基本构成238

11.2 电控器的关键环节及其功能239

11.3 两类基本放大器241

11.4 放大器的设定信号选择241

11.5 闭环比例放大器242

12 数字比例控制器及电液轴控制器242

12.1 数字技术在电液控制系统中的应用与技术优势242

12.2 数字比例控制器243

12.3 电液轴控制器247

13 电液控制系统设计的若干问题252

13.1 三大类系统的界定252

13.2 比例系统的合理考虑252

13.3 比例节流阀系统的设计示例252

第6章 伺服阀、比例阀及伺服缸主要产品简介256

1 电液伺服阀主要产品256

1.1 国内电液伺服阀主要产品256

1.1.1 双喷嘴挡板力反馈式电液伺服阀256

1.1.2 双喷嘴挡板电反馈式（FF109、QDY3、QDY8、DYSF型）电液伺服阀259

1.1.3 动圈式滑阀直接反馈式（YJ、SV、QQDY4型）、滑阀直接位置反馈式（DQSF-Ⅰ型）电液伺服阀260

1.1.4 滑阀力综合式压力伺服阀（FF119）、双喷嘴-挡板喷 嘴压力反馈式伺服阀（DYSF-3P）、P-Q型伺服阀（FF118）、射流管力反馈式伺服阀（CSDY、FSDY、SSDY）261

1.1.5 动圈式伺服阀（SV9、SVA9）262

1.1.6 动圈式伺服阀（SVA8、SVA10）262

1.2 国外主要电液伺服阀产品264

1.2.1 双喷嘴力反馈式电液伺服阀（MOOG）264

1.2.2 双喷嘴挡板力反馈式电液伺服阀（DOWTY、SM4）265

1.2.3 双喷嘴挡板力反馈式（MOOG D761）和电反馈式电液伺服阀（MOOG D765）266

1.2.4 直动电反馈式伺服阀（DDV）MOOG D633及D634系列268

1.2.5 电反馈三级伺服阀MOOG D791和D792系列269

1.2.6 EMG伺服阀SV1-10271

1.2.7 MOOG D661～D665系列电反馈伺服阀273

1.2.8 伺服射流管电反馈高响应二级伺服阀MOOG D661 GC系列276

1.2.9 射流管力反馈伺服阀Abex和射流偏转板力反馈伺服阀MOOG26系列279

1.2.10 博世力士乐（Bosch Rexroth）双喷嘴挡板机械（力）和／或电反馈二级伺服阀4WS(E)2EM6-2X、4WS(E)2EM(D)10-5X、4WS(E)2EM(D)16-2X和电反馈三级伺服阀4WSE3 EE279

1.3 电液伺服阀的外形及安装尺寸286

1.3.1 FF101、YF12、MOOG30和DOWTY30型电液伺服阀外形及安装尺寸286

1.3.2 FF102、YF7、MOOG31、MOOG32、DOWTY31和DOWTY32型伺服阀外形及安装尺寸287

1.3.3 FF113、YFW10和MOOG72型电液伺服阀外形及安装尺寸288

1.3.4 FF106A、FF118和FF119型伺服阀外形及安装尺寸289

1.3.5 FF106、FF130、YF13、MOOG35和MOOG34型电液伺服阀外形及安装尺寸290

1.3.6 QDY系列电液伺服阀外形及安装尺寸291

1.3.7 FF131、YFW06、QYSF-3Q、DOWTY45514659？？？？？和MOOG78型伺服阀外形及安装尺寸292

1.3.8 FF109和DYSF-3G-111？？？？？型电反馈三级阀外形及安装尺寸293

1.3.9 SV（CSV）和SVA型电液伺服阀外形及安装尺寸294

1.3.10 YJ741、YJ742和YJ861型电液伺服阀外形及安装尺寸295

1.3.11 CSDY和Abex型电液伺服阀外形及安装尺寸296

1.3.12 MOOG760、MOOG G761和MOOG G631型电液伺服阀外形及安装尺寸297

1.3.13 MOOG D633、D634系列直动式电液伺服阀外形及安装尺寸298

1.3.14 MOOG D791和D792型电反馈三级阀外形及安装尺寸299

1.3.15 MOOG D662～D665系列电液伺服阀外形及安装尺寸300

1.3.16 博世力士乐电反馈三级阀4WSE3EE（16、25、32）尺寸301

1.4 伺服放大器302

1.4.1 YCF-6型伺服放大器302

1.4.2 MOOG G122-202A1系列伺服放大器303

1.4.3 MOOG G123-815缓冲放大器305

1.4.4 MOOG G122-824PI伺服放大器306

1.4.5 博世力士乐YT-SR1和VT-SR2系列伺服放大器307

2 比例阀主要产品309

2.1 国内比例阀主要产品309

2.1.1 BQY-G型电液比例三通调速阀309

2.1.2 BFS和BSL型比例方向流量阀309

2.1.3 BY※型比例溢流阀309

2.1.4 3BYL型比例压力-流量复合阀310

2.1.5 4BEY型比例方向阀310

2.1.6 BY型比例溢流阀311

2.1.7 BJY型比例减压阀311

2.1.8 DYBL和DYBO型比例节流阀311

2.1.9 BPQ型比例压力流量复合阀312

2.1.10 4B型比例方向阀312

2.1.11 4WRA型电磁比例换向阀313

2.1.12 4WRE型电磁比例换向阀314

2.1.13 4WRZH？？？？？型电液比例方向阀315

2.1.14 DBETR型比例压力溢流阀317

2.1.15 DBE/DBEM型比例溢流阀318

2.1.16 3DREP6三通比例压力控制阀319

2.1.17 DRE/DREM型比例减压阀319

2.1.18 ZFRE6型二通比例调速阀320

2.1.19 ZFRE※型二通比例调速阀322

2.1.20 ED型比例遥控溢流阀323

2.1.21 EB型比例溢流阀323

2.1.22 ERB型比例溢流减压阀324

2.1.23 EF（C）G型比例（带单向阀）流量阀324

2.1.24 EFB型比例溢流调速阀325

2.2 国外电液伺服阀主要产品326

2.2.1 BOSCH比例溢流阀（不带位移控制）326

2.2.2 BOSCH比例溢流阀和线性比例溢流阀（带位移控制）327

2.2.3 BOSCH NG6带集成放大器比例溢流阀328

2.2.4 BOSCH NG10比例溢流阀和比例减压阀（带位移控制）328

2.2.5 BOSCH NG6三通比例减压阀（不带／带位移控制）329

2.2.6 BOSCH NG6、NG10比例节流阀（不带位移控制）330

2.2.7 BOSCH NG6、NG10比例节流阀（带位移控制）331

2.2.8 BOSCH NG10带集成放大器比例节流阀（带位移控制）332

2.2.9 BOSCH比例流量阀（带位移控制及不带位移控制）333

2.2.10 BOSCH不带位移传感器比例方向阀335

2.2.11 BOSCH比例方向阀（带位移控制）336

2.2.12 BOSCH带集成放大器比例方向阀337

2.2.13 比例控制阀338

2.2.14 插装式比例节流阀342

2.2.15 BOSCH插头式比例放大器343

2.2.16 BOSCH单通道／双通道盒式放大器344

2.2.17 BOSCH模块式放大器1345

2.2.18 BOSCH模块式放大器2346

2.2.19 BOSCH单通道放大器（不带位移控制，带缓冲）347

2.2.20 BOSCH双通道双工放大器348

2.2.21 BOSCH不带缓冲的比例阀放大器349

2.2.22 BOSCH带电压控制式缓冲的比例阀放大器351

2.2.23 BOSCH功率放大器（带与不带缓冲电子放大器）353

2.2.24 力士乐（REXROTH）DBET和DBETE型／5X系列比例溢流阀356

2.2.25 力士乐（REXROTH）DBETR/1X系列比例溢流阀（带位置反馈）358

2.2.26 力士乐（REXR0TH）DBE（M）和DBE（M）E型系列比例溢流阀361

2.2.27 力士乐（REXROTH）二位四通和三位四通比例方向阀363

2.2.28 力士乐（REXROTH）4WRE,1X系列比例方向阀364

2.2.29 力士乐（REXROTH）三位四通高频响4WRSE,3X系列比例方向阀368

2.2.30 力士乐（REXROTH）WRZ,WRZE和WRH 7X系列比例方向阀371

2.2.31 力士乐（REXROTH）4WRTE,3X系列高频响比例方向阀375

2.2.32 力士乐（REXROTH）VT-VSPA2-1,1X系列电子放大器379

2.2.33 力士乐（REXROTH）VT5005～5008,1X系列电子放大器380

2.2.34 力士乐（REXROTH）VT3000,3X系列电子放大器382

2.2.35 力士乐（REXROTH）VT-VSPA1-1和VT-VSPA1K-1,1X系列电子放大器383

2.2.36 力士乐（REXROTH）VT2000,5X系列电子放大器384

2.2.37 力士乐（REXR0TH）VT5001至VT5004和VT5010,2X系列VT5003,4X系列电子放大器385

3 伺服液压缸386

3.1 国内生产的伺服液压缸386

3.1.1 优瑞纳斯的US系列伺服液压缸386

3.1.2 海德科液压公司伺服液压缸387

3.2 国外生产的伺服液压缸389

3.2.1 力士乐（REXROTH）伺服液压缸389

3.2.2 MOOG伺服液压缸390

3.2.3 M085系列伺服液压缸391

3.2.4 阿托斯（Atos）伺服液压缸392

3.2.5 JBS系列伺服液压缸395

3.2.6 各国液压、气动图形符号对照395

参考文献412