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目录3

第21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

1.1.6　动圈式SVA8、SVA10

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

4.3　控制系统的误差分析24

4.3.1　误差和误差传递函数24

4.2.3　控制系统波德图的绘制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

5.2.1　期望特性的绘制31

5.2　用期望特性法确定校正装置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

7.1.1　模拟仿真和数字仿真40

6.3.5　非线性系统分析举例40

7.1　系统仿真的基本概念40

7　控制系统的仿真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

8.1　概述45

8.1.2　信号的复原45

8.1.1　信号的采样过程45

8　线性离散控制系统45

8.2.1　Z变换定义46

8.1.3　数字控制系统的离散脉冲模型46

8.2　Z变换46

8.2.2　Z变换的基本性质48

8.2.3　Z反变换49

8.2.4　用Z变换求解差分方程49

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50

8.4　离散控制系统分析51

8.4.1　稳定性分析51

8.4.3　稳态误差分析52

8.4.2　过渡过程分析52

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

1.1.2　液压控制阀的类型、原理及特点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　液压控制元件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65

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69

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70

1.4.4　射流管阀的特点及应用71

1.4.3　射流管阀的静态特性71

2.1　液压动力元件的类型、特点及应用72

2.2　液压动力元件的静态特性及其负载匹配72

2.2.1　动力元件的静态特性72

2　液压动力元件72

2.2.2　负载特性及其等效73

2.3.1　对称四通阀控制对称缸的动态特性75

2.3　液压动力元件的动态特性75

2.2.3 阀控动力元件与负载特性的匹配75

2.3.2　对称四通阀控制不对称缸81

分析81

2.3.3　三通阀控制不对称缸的动态特性83

2.3.4 四通阀控制液压马达的动态特性84

2.3.5　泵控马达的动态特性86

2.4　动力元件的参数选择与计算88

3　伺服阀89

3.1　伺服阀的组成及分类89

3.1.1　伺服阀的组成及反馈方式89

3.1.2　伺服阀的分类及输出特性90

3.1.3　电气-机械转换器的类型、原理及特点90

3.2　典型伺服阀的结构及工作原理91

3.3　伺服阀的特性及性能参数95

3.4　伺服阀的选择、使用及维护98

3.5　伺服阀的试验99

3.5.1　试验的类型及项目100

3.5.2　标准试验条件100

3.5.3　试验回路及测试装置101

3.5.4　试验内容及方法101

1　电液伺服系统的设计计算103

1.1.2　电液位置伺服系统的方块图、传递函数及波德图103

1.1 电液位置伺服系统的设计计算103

1.1.1　电液位置伺服系统的类型及特点103

第4章　液压伺服系统的设计计算103

1.1.3　电液位置伺服系统的稳定性计算105

1.1.4　电液位置伺服系统的闭环频率响应105

1.1.5　电液位置伺服系统的分析及计算107

1.2 电液速度伺服系统的设计计算108

1.2.1 电液速度伺服系统的类型及控制方式108

1.2.2　电液速度伺服系统的分析与校正109

特点111

1.3.2　电液驱动力伺服系统的分析与设计111

1.3.1　电液力伺服系统的类型及111

1.3　电液力（压力）伺服系统的分析与设计111

1.3.3　电液负载力伺服系统的分析与设计115

1.4　电液伺服系统的设计方法及步骤117

2　机液伺服系统的设计计算121

2.1 机液伺服系统的类型及应用121

2.1.1　阀控机液伺服系统121

2.1.2　泵控机液伺服系统124

2.2　机液伺服机构的分析与设计125

3.1　对液压伺服油源的要求126

3　电液伺服油源的分析与设计126

3.2　液压伺服油源的类型、特点及127

应用127

3.3　液压伺服油源的参数选择127

3.4　液压伺服油源特性分析128

3.4.1　定量泵-溢流阀油源128

3.4.2　恒压变量泵油源129

4.1　液压污染控制的基础知识130

4.1.1　液压污染的定义与类型130

4.1.2　液压污染物的种类及来源130

4　液压伺服系统的污染控制130

4.1.3　固体颗粒污染物及其危害131

4.1.4　油液中的水污染、危害及脱水方法131

4.1.5　油液中的空气污染、危害及脱气方法132

4.1.6　油液污染度的测量方法及特点132

4.1.7　液压污染控制中的有关概念133

4.2.1　GB/T 14039—1993《液压传动—油液—固体颗粒污染等级代号法》134

4.2　油液污染度等级标准134

4.2.2　ISO 4406—1987液压传动—油液—固体颗粒污染等级代号法136

4.2.3　ISO 4406—1999液压传动—油液—固体颗粒污染等级代号法136

4.2.4　PALL污染度等级代号139

4.2.5　NAS 1638污染度等级标准139

4.2.6　SAE 749D污染度等级标准140

4.2.7　几种污染度等级对照表141

4.3　不同污染度等级油液的显微图像比较141

4.4.1　伺服阀的失效模式、后果及失效原因142

4.4　伺服阀的污染控制142

4.4.2　伺服阀的典型结构及主要143

特征143

4.4.3　伺服阀对油液清洁度的要求143

4.5　液压伺服系统的全面污染控制144

4.5.1　系统清洁度的推荐等级代号144

4.5.2　过滤系统的设计146

4.5.3　液压元件、液压部件（装置）及管道的污染控制148

4.5.4　系统的循环冲洗149

4.5.5　过滤系统的日常检查及清洁度检验149

5　伺服液压缸的设计计算150

5.1　伺服液压缸与传动液压缸的区别150

5.2　伺服液压缸的设计步骤150

5.3　伺服液压缸的设计要点151

6.1　液压压下系统的功能及控制原理152

6　液压伺服系统设计实例152

6.2　设计任务及控制要求154

6.3　APC系统的控制模式及工作参数的计算155

6.4　APC系统的数学模型157

7　液压伺服系统的安装、调试与测试159

8　控制系统的工具软件MATLAB及其在仿真中的应用160

8.1　MATLAB仿真工具软件简介160

8.2　液压控制系统APC仿真实例161

8.2.1　建模步骤161

8.2.2　运行及设置163

1.1　电液比例系统的组成、原理、分类及特点170

1　概述170

第5章　电液比例系统的设计计算170

1.2　电液比例控制系统的性能要求173

1.3　电液比例阀体系的发展与应用特点173

2　电-机械转换器174

2.1　常用电-机械转换器简要比较175

2.2　比例电磁铁的基本工作原理和典型结构175

2.3　常用比例电磁铁的技术参数178

2.4　比例电磁铁使用注意事项179

3　电液比例压力控制阀179

3.1　电液比例压力阀概述179

3.2　比例溢流阀的若干共性问题179

3.3 电液比例压力阀的典型结构及工作原理181

3.4　典型比例压力阀的主要性能188

指标188

3.5　电液比例压力阀的性能188

3.6　电液比例压力控制回路及191

系统191

4.2　电液比例流量控制的分类195

4.1　电液比例流量控制概述195

4　电液比例流量控制阀195

4.3 由节流型转变为调速型的基本途径196

4.4　电液比例流量控制阀的典型结构及工作原理196

4.6　节流阀的特性200

4.5 电液比例流量控制阀的性能200

4.7　流量阀的特性201

4.8　二通与三通流量阀工作原理与能耗对比203

4.9 电液比例流量阀动态特性试验系统205

4.10　电液比例流量控制回路及205

系统205

4.11 电液比例压力流量复合207

控制阀207

5.1 比例方向节流阀特性与选用208

5　电液比例方向流量控制阀208

5.2　比例方向流量阀特性211

6　比例多路阀214

6.1　概述214

6.2　六通多路阀的微调特性215

6.3 四通多路阀的负载补偿与负载适应215

7　电液比例方向流量控制阀典型结构和工作原理218

8.2　伺服比例阀222

8　伺服比例阀222

8.1　从比例阀到伺服比例阀222

8.3　伺服比例阀产品特性示例224

9　电液比例流量控制的回路及系统227

10　电液比例容积控制230

10.1　变量泵的基本类型231

10.2　基本电液变量泵的原理与231

特点231

10.3　应用示例——塑料注射机233

系统233

11.1 电控器的基本构成235

11　电控器235

11.2 电控器的关键环节及其功能236

11.3　两类基本放大器238

11.4　放大器的设定信号选择238

11.5　闭环比例放大器238

12　电液控制系统设计的若干问题239

12.1　三大类系统的界定239

12.2　比例系统的新思考239

12.3 比例节流阀系统的设计示例239

参考文献241

伺服阀243

1.1.1　双喷嘴挡板力反馈式电液243

第6章　伺服阀、比例阀及伺服缸主要243

1 电液伺服阀主要产品243

产品简介243

1.1　国内电液伺服阀主要产品243

1.1.2　双喷嘴挡板电反馈式（FF108、FF109、QDY3、QDY8、DYSF型）电液伺服阀246

1.1.3　动圈式滑阀直接反馈式（YJ、SV、QDY4型）、滑阀直接位置反馈式（DQSF-Ⅰ型）电液伺服阀247

1.1.4　动压反馈（FF103型）、双喷嘴挡板压力反馈（DYSF-3P型）、带液压锁（FF107A型）、射流管式力反馈（CSDY、FSDY、SSDY型）电液伺服阀248

1.1.5　动圈式SV9、SVA9伺服阀249

伺服阀249

伺服阀（MOOG）251

1.2　国外主要电液伺服阀产品251

1.2.1　双喷嘴挡板力反馈式电液251

1.2.2　双喷嘴挡板力反馈式电液252

伺服阀（DOWTY、SW4）252

1.2.3　双喷嘴挡板反馈式电液伺服阀（MOOG D76系列）253

1.2.4　直动电反馈式伺服阀255

（MOOG D63系列）255

1.2.5　电反馈三级伺服阀256

系列（MOOG）257

1.2.7　EMG伺服阀SV1-10258

2.1.2　BFS和BSL型比例方向260

调速阀260

流量阀260

2.1.3　BY※型比例溢流阀260

2.1.1　BQY-G型电液比例三通260

2.1 国内比例阀主要产品260

2　比例阀主要产品260

复合阀261

2.1.5　4BEY型比例方向阀261

2.1.4　3BYL型比例压力-流量261

2.1.8 DYBL和DYBQ型比例262

2.1.7 BJY型比例减压阀262

节流阀262

2.1.6　BY型比例溢流阀262

复合阀263

2.1.10 4B型比例方向阀263

2.1.9 BPQ型比例压力流量263

2.1.11 4WRA型电磁比例换向阀264

2.1.12 4WRE型电磁比例换向阀265

2.1.13 4WR？型电液比例方向阀266

2.1.14 DBETR型比例压力268

溢流阀268

2.1.15 DBE/DBEM型比例269

溢流阀269

2.1.16 3DREP6三通比例压力270

控制阀270

2.1.17 DRE/DREM型比例270

减压阀270

2.1.18 ZFRE6型二通比例271

调速阀271

2.1.19 ZFRE※型二通比例273

调速阀273

2.1.20 ED型比例遥控溢流阀274

2.1.21 EB型比例溢流阀274

2.1.22 ERB型比例溢流减压阀275

2.1.23 EF（C）G型比例（带单向阀）流量阀275

2.1.24 EFB型比例溢流调速阀276

2.2.1 BOSCH比例溢流阀277

（不带位移控制）277

2.2 国外电液伺服阀主要产品277

2.2.2 BOSCH比例溢流阀和线性比例溢流阀（带位移控制）278

2.2.4 BOSCH NG10比例溢流阀和279

溢流阀279

比例减压阀（带位移控制）279

2.2.3 BOSCH NG6带集成放大器比例279

2.2.5 BOSCH NG6三通比例减压阀280

（不带／带位移控制）280

2.2.6 BOSCHNG6、NG10比例节流281

阀（不带位移控制）281

2.2.7 BOSCH NG6、NG10比例节流282

阀（带位移控制）282

2.2.8 BOSCH NG10带集成放大器283

比例节流阀（带位移控制）283

2.2.9 BOSCH比例流量阀（带位移284

控制及不带位移控制）284

2.2.10 BOSCH不带位移传感器比286

例方向阀286

2.2.11 BOSCH比例方向阀287

（带位移控制）287

2.2.12 BOSCH带集成放大器比例288

方向阀288

2.2.13 比例控制阀289

2.2.14 插装式比例节流阀293

2.2.15 BOSCH插头式比例294

放大器294

2.2.16 BOSCH单通道／双通道盒295

式放大器295

2.2.17 BOSCH模块式放大器1296

2.2.18 BOSCH模块式放大器2297

2.2.19 BOSCH单通道放大器（不带298

位移控制，带缓冲）298

2.2.20 BOSCH双通道双工299

放大器299

2.2.21 BOSCH不带缓冲的比例阀300

放大器300

2.2.22 BOSCH带电压控制式缓冲的302

比例阀放大器302

2.2.23 BOSCH功率放大器（带与304

不带缓冲电子放大器）304

DBETE型／5X系列比例307

溢流阀307

2.2.24 力士乐（Rexroth）DBET和307

系列比例溢流阀（带位置309

反馈）309

2.2.25 力士乐（Rexroth）DBETR/1X309

2.2.26 力士乐（Rexroth）DBE（M）和DBE（M）E型系列比例溢流阀312

2.2.27 力士乐（Rexroth）二位四通和三位四通比例方向阀314

2.2.28 力士乐（Rexroth）4WRE，315

1X系列比例方向阀315

高频响4WRSE，3X系列比例319

方向阀319

2.2.29 力士乐（Rexroth）三位四通319

WRZE和WRH 7X系列比例322

方向阀322

2.2.30 力士乐（Rexroth）WRZ，322

3X系列高频响比例方326

向阀326

2.2.31 力士乐（Rexroth）4WRTE，326

2.2.32 力士乐VT-VSPA2-1，1X系列330

电子放大器330

2.2.33 力士乐VT5005～5008，1X系列电子放大器331

2.2.34 力士乐VT3000，3X系列电子333

放大器333

VSPA1K-1，1X系列电子334

放大器334

2.2.35 力士乐VT-VSPA1-1和VT-334

2.2.36 力士乐VT2000，5X系列电子放大器335

VT5010，2X系列VT5003，4X336

系列电子放大器336

2.2.37 力士乐VT5001至VT5004和336

3.1.1 优瑞纳斯的US系列伺服337

3.1 国内生产的伺服液压缸337

液压缸337

3 伺服液压缸337

3.1.2 海特公司伺服液压缸338

3.2.1 力士乐（Rexroth）伺服340

液压缸340

3.2 国外生产的伺服液压缸340

3.2.2 MOOG伺服液压缸341

3.2.3 M085系列伺服液压缸342

3.2.4 阿托斯（Atos）伺服343

液压缸343

参考文献346

1.2.6　电反馈三级阀D791和D792