第22篇 液压控制
第1章 控制理论基础22-3
1 控制系统的一般概念22-3
1.1 反馈控制原理22-3
1.2 反馈控制系统的组成、类型和要求22-3
2 线性控制系统的数学描述22-4
2.1 微分方程22-4
2.2 传递函数及方块图22-5
2.3 控制系统的传递函数22-7
2.4 信号流图及梅逊增益公式22-8
2.4.1 信号流图和方块图的对应关系22-8
2.4.2 梅逊增益公式22-9
2.5 机、电、液系统中的典型环节22-10
2.6 频率特性22-11
2.6.1 频率特性的定义、求法及表示方法22-11
2.6.2 开环波德图、奈氏图和尼柯尔斯图的绘制22-12
2.7 单位脉冲响应函数和单位阶跃响应函数22-14
3 线性控制系统的性能指标22-15
4 线性反馈控制系统分析22-16
4.1 稳定性分析22-16
4.1.1 稳定性定义和系统稳定的充要条件22-16
4.1.2 稳定性准则22-16
4.1.3 稳定裕量22-18
4.2 控制系统动态品质分析22-19
4.2.1 时域分析法22-19
4.2.2 频率分析法22-22
4.2.3 控制系统波德图的绘制22-24
4.3 控制系统的误差分析22-24
4.3.1 误差和误差传递函数22-24
4.3.2 稳态误差的计算22-25
4.3.3 改善系统稳态品质的主要方法22-26
5 线性控制系统的校正22-26
5.1 校正方式和常用的校正装置22-26
5.1.1 校正方式22-26
5.1.2 常用的校正装置22-27
5.2 用期望特性法确定校正装置22-31
5.2.1 期望特性的绘制22-31
5.2.2 校正装置的确定22-32
5.3 用综合性能指标确定校正装置22-33
6 非线性反馈控制系统22-34
6.1 概述22-34
6.2 描述函数的概念22-35
6.3 描述函数法分析非线性控制系统22-38
6.3.1 稳定性分析22-38
6.3.2 振荡稳定性分析22-39
6.3.3 消除自激振荡的方法22-39
6.3.4 非线性特性的利用22-39
6.3.5 非线性系统分析举例22-40
7 控制系统的仿真22-40
7.1 系统仿真的基本概念22-40
7.1.1 模拟仿真和数字仿真22-40
7.1.2 仿真技术的应用22-42
7.2 连续系统离散相似法数字仿真22-42
7.2.1 离散相似法的原理22-42
7.2.2 连接矩阵及程序框图22-43
8 线性离散控制系统22-45
8.1 概述22-45
8.1.1 信号的采样过程22-45
8.1.2 信号的复原22-46
8.1.3 数字控制系统的离散脉冲模型22-46
8.2 Z变换22-47
8.2.1 Z变换定义22-47
8.2.2 Z变换的基本性质22-49
8.2.3 Z反变换22-49
8.2.4 用Z变换求解差分方程22-50
8.3 脉冲传递函数22-50
8.3.1 脉冲传递函数的定义22-50
8.3.2 离散控制系统的脉冲传递函数22-51
8.4 离散控制系统分析22-51
8.4.1 稳定性分析22-51
8.4.2 过渡过程分析22-52
8.4.3 稳态误差分析22-53

第2章 液压控制概述22-54
1 液压控制系统与液压传动系统的比较22-54
2 电液伺服系统与电液比例系统的比较22-55
3 液压伺服系统的组成及分类22-55
4 液压伺服系统的几个重要概念22-56
5 液压伺服系统的基本特性22-56
6 液压伺服系统的优点、难点及应用22-57

第3章 液压控制元件、液压动力元件、伺服阀22-59
1 液压控制元件22-59
1.1 液压控制元件概述22-59
1.1.1 液压控制元件的类型及特点22-59
1.1.2 液压控制阀的类型、原理及特点22-59
1.1.3 液压控制阀的静态特性及其阀系数的定义22-60
1.1.4 液压控制阀的液压源类型22-61
1.2 滑阀22-61
1.2.1 滑阀的种类及特征22-61
1.2.2 滑阀的静态特性及阀系数22-62
1.2.3 滑阀的力学特性22-64
1.2.4 滑阀的功率特性及效率22-66
1.2.5 滑阀的设计22-66
1.3 喷嘴挡板阀22-67
1.3.1 喷嘴挡板阀的种类、原理及应用22-67
1.3.2 喷嘴挡板阀的静态特性22-68
1.3.3 喷嘴挡板阀的力特性22-69
1.3.4 喷嘴挡板阀的设计22-69
1.4 射流管阀和射流偏转板阀22-70
1.4.1 射流管阀的紊流淹没射流特征22-70
1.4.2 流量恢复系数与压力恢复系数22-71
1.4.3 射流管阀的静态特性及应用22-71
1.4.4 射流偏转板阀的特点及应用22-72
2 液压动力元件22-73
2.1 液压动力元件的类型、特点及应用22-73
2.2 液压动力元件的静态特性及其负载匹配22-73
2.2.1 动力元件的静态特性22-73
2.2.2 负载特性及其等效22-74
2.2.3 阀控动力元件与负载特性的匹配22-76
2.3 液压动力元件的动态特性22-76
2.3.1 对称四通阀控制对称缸的动态特性22-76
2.3.2 对称四通阀控制不对称缸分析22-82
2.3.3 三通阀控制不对称缸的动态特性22-84
2.3.4 四通阀控制液压马达的动态特性22-85
2.3.5 泵控马达的动态特性22-87
2.4 动力元件的参数选择与计算22-89
3 伺服阀22-90
3.1 伺服阀的组成及分类22-90
3.1.1 伺服阀的组成及反馈方式22-90
3.1.2 伺服阀的分类及输出特性22-91
3.1.3 电气-机械转换器的类型、原理及特点22-91
3.2 典型伺服阀的结构及工作原理22-92
3.3 伺服阀的特性及性能参数22-96
3.3.1 流量伺服阀的特性及性能参数22-96
3.3.2 压力伺服阀的特性及性能参数22-99
3.4 伺服阀的选择、使用及维护22-101
3.5 伺服阀的试验22-102
3.5.1 试验的类型及项目22-103
3.5.2 标准试验条件22-103
3.5.3 试验回路及测试装置22-104
3.5.4 试验内容及方法22-104

第4章 液压伺服系统的设计计算22-106
1 电液伺服系统的设计计算22-106
1.1 电液位置伺服系统的设计计算22-106
1.1.1 电液位置伺服系统的类型及特点22-106
1.1.2 电液位置伺服系统的方块图、传递函数及波德图22-106
1.1.3 电液位置伺服系统的稳定性计算22-108
1.1.4 电液位置伺服系统的闭环频率响应22-108
1.1.5 电液位置伺服系统的分析及计算22-110
1.2 电液速度伺服系统的设计计算22-111
1.2.1 电液速度伺服系统的类型及控制方式22-111
1.2.2 电液速度伺服系统的分析与校正22-112
1.3 电液力（压力）伺服系统的分析与设计22-114
1.3.1 电液力伺服系统的类型及特点22-114
1.3.2 电液驱动力伺服系统的分析与设计22-114
1.3.3 电液负载力伺服系统的分析与设计22-118
1.4 电液伺服系统的设计方法及步骤22-120
2 机液伺服系统的设计计算22-124
2.1 机液伺服系统的类型及应用22-124
2.1.1 阀控机液伺服系统22-124
2.1.2 泵控机液伺服系统22-127
2.2 机液伺服机构的分析与设计22-128
3 电液伺服油源的分析与设计22-129
3.1 对液压伺服油源的要求22-129
3.2 液压伺服油源的类型、特点及应用22-130
3.3 液压伺服油源的参数选择22-130
3.4 液压伺服油源特性分析22-131
3.4.1 定量泵-溢流阀油源22-131
3.4.2 恒压变量泵油源22-132
4 液压伺服系统的污染控制22-133
4.1 液压污染控制的基础知识22-133
4.1.1 液压污染的定义与类型22-133
4.1.2 液压污染物的种类及来源22-133
4.1.3 固体颗粒污染物及其危害22-134
4.1.4 油液中的水污染、危害及脱水方法22-134
4.1.5 油液中的空气污染、危害及脱气方法22-135
4.1.6 油液污染度的测量方法及特点22-136
4.1.7 液压污染控制中的有关概念22-136
4.2 油液污染度等级标准22-137
4.2.1 GB/T14039-2002《液压传动-油液-固体颗粒污染等级代号法》22-137
4.2.2 PALL污染度等级代号22-140
4.2.3 NAS1638污染度等级标准22-140
4.2.4 SAE749D污染度等级标准22-141
4.2.5 几种污染度等级对照表22-142
4.3 不同污染度等级油液的显微图像比较22-142
4.4 伺服阀的污染控制22-143
4.4.1 伺服阀的失效模式、后果及失效原因22-143
4.4.2 双喷嘴挡板伺服阀的典型结构及主要特征22-144
4.4.3 伺服阀对油液清洁度的要求22-146
4.5 液压伺服系统的全面污染控制22-146
4.5.1 系统清洁度的推荐等级代号22-146
4.5.2 过滤系统的设计22-149
4.5.3 液压元件、液压部件（装置）及管道的污染控制22-151
4.5.4 系统的循环冲洗22-152
4.5.5 过滤系统的日常检查及清洁度检验22-152
5 伺服液压缸的设计计算22-153
5.1 伺服液压缸与传动液压缸的区别22-153
5.2 伺服液压缸的设计步骤22-153
5.3 伺服液压缸的设计要点22-154
6 液压伺服系统设计实例22-155
6.1 液压压下系统的功能及控制原理22-155
6.2 设计任务及控制要求22-157
6.3 APC系统的控制模式及工作参数的计算22-158
6.4 APC系统的数学模型22-160
7 液压伺服系统的安装、调试与测试22-162
8 控制系统的工具软件MATLAB及其在仿真中的应用22-163
8.1 MATLAB仿真工具软件简介22-163
8.2 液压控制系统位置自动控制（APC）仿真实例22-164
8.2.1 建模步骤22-164
8.2.2 运行及设置22-167

第5章 电液比例系统的设计计算22-173
1 概述22-173
1.1 电液比例系统的组成、原理、分类及特点22-173
1.2 电液比例控制系统的性能要求22-176
1.3 电液比例阀体系的发展与应用特点22-176
2 电-机械转换器22-177
2.1 常用电-机械转换器简要比较22-178
2.2 比例电磁铁的基本工作原理和典型结构22-178
2.3 常用比例电磁铁的技术参数22-181
2.4 比例电磁铁使用注意事项22-182
3 电液比例压力控制阀22-182
3.1 概述22-182
3.2 比例溢流阀的若干共性问题22-182
3.3 电液比例压力阀的典型结构及工作原理22-184
3.４典型比例压力阀的主要性能指标22-191
3.5 电液比例压力阀的性能22-191
3.6 电液比例压力控制回路及系统22-194
4 电液比例流量控制阀22-198
4.1 电液比例流量控制的分类22-198
4.2 由节流型转变为调速型的基本途径22-199
4.3 电液比例流量控制阀的典型结构及工作原理22-199
4.4 电液比例流量控制阀的性能22-203
4.5 节流阀的特性22-203
4.6 流量阀的特性22-204
4.7 二通与三通流量阀工作原理与能耗对比22-206
4.8 电液比例流量阀动态特性试验系统22-208
4.9 电液比例流量控制回路及系统22-208
4.1 0电液比例压力流量复合控制阀22-210
5 电液比例方向流量控制阀22-211
5.1 比例方向节流阀特性与选用22-211
5.2 比例方向流量阀特性22-214
6 比例多路阀22-217
6.1 概述22-217
6.2 六通多路阀的微调特性22-218
6.3 四通多路阀的负载补偿与负载适应22-218
7 电液比例方向流量控制阀典型结构和工作原理22-221
8 伺服比例阀22-225
8.1 从比例阀到伺服比例阀22-225
8.2 伺服比例阀22-225
8.3 伺服比例阀产品特性示例22-227
9 电液比例流量控制的回路及系统22-230
10 电液比例容积控制22-233
10.1 变量泵的基本类型22-234
10.2 基本电液变量泵的原理与特点22-234
10.3 应用示例——塑料注射机系统22-236
11 电控器22-238
11.1 电控器的基本构成22-238
11.2 电控器的关键环节及其功能22-239
11.3 两类基本放大器22-241
11.4 放大器的设定信号选择22-241
11.5 闭环比例放大器22-242
12 数字比例控制器及电液轴控制器22-242
12.1 数字技术在电液控制系统中的应用与技术优势22-242
12.2 数字比例控制器22-243
12.3 电液轴控制器22-247
13 电液控制系统设计的若干问题22-252
13.1 三大类系统的界定22-252
13.2 比例系统的合理考虑22-252
13.3 比例节流阀系统的设计示例22-252

第6章 伺服阀、比例阀及伺服缸主要产品简介22-256
参考文献22-412