液压伺服与比例控制文档格式.docx
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1.2液压伺服和比例操纵的分类（15分钟）
讲述液压伺服和比例操纵系统的不同分类方法
1.3介绍液压伺服和比例操纵系统的优缺点（15分钟）
1.4液压伺服和比例操纵系统的进展和应用（15分钟）
第一章小结（5分钟）
习题：
1.11.21.4
2第2章液压放大元件（第二次课）
2.1圆柱滑阀的结构型式及分类（30分钟）
2.1.1按进、出阀的通道数划分
2.1.1按滑阀的工作边数划分
2.1.1按滑阀的预开口型式划分
2.1.1按阀套窗口的形状划分
2.1.1按阀芯的凸肩数目划分
要紧讲清滑阀的差不多结构，使学生把握以下几点：
（1）什么是阀通道数？
（2）什么是滑阀的工作边？
（3）滑阀的预开口型式？
（4）阀套窗口的形状？
（5）阀的凸肩数。
2.2滑阀静态持性的一样分析（30分钟）
2.2.1滑阀压力—流量方程的一样表达式
以正开口四边滑阀为例，推导滑阀静态特性方程的一样表达式。
要紧有假设条件，压力平稳方程，流量连续性方程，阀口流量方程，配磨和匹配条件。
最后得出一样方程的表达式。
2.2.2滑阀的静态特性曲线（20分钟）
讲解阀的压力流量特性曲线，阀的空载流量特性，阀的压力特性曲线
2.2.2阀的线性化分析和阀的系数
阀的压力“流量持性是非线性的。
利用线件化理论对系统进行动态分析时．必须将那个方程线性化。
负载压力流量方程在某一特定工作点邻近展成台劳级数。
忽略掉高阶无穷小量，就可得到线性化的表达式。
重点介绍三个阀系数：
压力流量系数，流量增益，压力增益和它们之间的关系。
（20分钟）
2.4；
2.3零开口四边滑阀的静态特性（20分钟）（第三次课）
2.3.1推导理想零开口四边滑闻的静态特性，重点介绍阀系数，零位泄漏量
2.3.2.1理想零开口四边滑阀的压力—流量方程，让学生了解什么是理想滑阀，什么是实际滑阀。
2.3.2.2理想零开口四边滑阀的阀系数，介绍3个阀系数
2.3.2实际零开口四边滑阀的静态特性，通过流体力学缝隙流淌公式，运算实际滑阀的3个阀系数。
2.3.2.1压力特性曲线
2.3.2.2泄漏流量曲线
2.3.2.3中位泄漏流量曲线
2.4正开口四边滑阀的特性
2.5双边滑阀的静态特性
2.5.1零开口双边滑阀的静态特性（30分钟）
介绍零开口双边滑阀静态特性的无因次方程，推导3个阀系数和零位泄漏量。
2.5.2正开口双边滑阀的静态特性
介绍正开口双边滑阀静态特性的无因次方程，推导3个阀系数和零位泄漏量。
2.6滑阀的受力分析
2.6.1作用在滑阀阀芯上的液动力
2.6.1.1稳态液动力
重点介绍什么是稳态液动力，推导稳态液动力的运算公式，通过对一个阀口的稳态液动力的分析，进而得到作用在零开口四边滑阀上的稳态液动力和作用在正开口四边滑阀上的稳态液动力。
2.6.1.2瞬态态液动力
重点介绍什么是瞬态液动力，推导瞬态液动力的运算公式，通过对一个阀口的瞬态液动力的分析，进而得到作用在零开口四边滑阀上的瞬态液动力和作用在正开口四边滑阀上的瞬态液动力。
2.6.2滑阀的驱动力
依照阀芯运动的力的平稳方程式，能够得到阀芯运动的总的驱动力。
2.7滑阀的输出功率和效率
在液压伺服系统中，滑阀经常作为为功率放大元件使用。
从经济指标动身应该研究其输出功率和效率。
推导阀的输出功率的表达式，接着求出滑阀的效率。
向学生介绍因为在液压伺服系统中，效率是随负载变化而变化的，而负载并非恒定，因此系统效率不可能经常保持在最高值。
另外，作为操纵系统，系统的稳固性、响应速度和精度等指标往往比效率更重要。
为了保证这些指标，经常不得个牺牲一部分效率指标。
通过对结果分析说明，重点交待在
时，整个液压伺服系统的效率最高，同时阀的输比功率也最大，故通常取
作为阀的设计负载压力。
限制
值的另一个原冈是在
的范畴内，阀的流量增益和流量—压力系数的变化也不大。
流量增益降低和流量—压力系数增大会阻碍系统的性能，因此一样差不多上将
限制在
的范畴内。
2.8滑阀的设计
2.8.1结构型式的选择
（一）滑阀工作边数的选择
滑阀的工作作边数（或通路数）的选择要考虑液压执行元件的型式。
双边滑阎只能操纵差动液压缸，而四边滑阀能够操纵双作用液压缸和液压马达。
从性能上看，四边滑阀优于双边滑、两者的枣位流量增益是一样的，但双边阀的压力增益只有四边阀的一半。
从结构工艺上看，双边阀优于四边阀。
通常、双边滑阀多用于机液伺服系统，而四边滑阀多用于电液伺服系统。
（二）节流窗口形状的选择
节流窗口形状一样差不多上依照系统要求的流量增益特性来选择的。
在大多数情形期望采纳矩形窗口以获得线性的流量增益。
圆孔形窗口加工简单，但其流量增益特性是非线性的。
因此只在一些要求不高的场合使用。
（三）预开口型式的选择
零开口阀（矩形窗口）具有线性的流量增益特性，压力增益高，零位位泄漏量小、因此得到广泛的应用。
正开口阀（指部分正开口）由于流量增益是非线性的．压力增益低，零位泄漏流量大，因此只在一些专门的情形广使用。
负开口阀在在依邻近具有死区特性，因而专门少采纳。
（四）阀芯凸肩数的选择
二通阀可采纳两个凸肩，三通阀可采纳两个或二个凸肩，四通网可采纳三个或四个凸肩，凸肩数与阀的通路数、工作边的布置、供油密封及回油密封等有关。
2.8.2要紧参数的确定
依照负载的工作要求能够确定阀的额定流量和供油压力。
通常，阀的额定流量是指阀的最大空载流量，
（一）面积梯度在供油压力一定时，面积梯度的大小决定了阀的零位流量增益。
故阻碍着液压伺服系统的稳固件等。
一样地说．阀的流量增益必须与系统中其它元件的增益相配合．以得到所需要的开环增益。
阀的流量增益确定后，W的数值也就确定了。
在机液伺服系统中，改变W是调整系统开环增益的要紧方法。
有时是唯独的方法（单位反馈系统）。
因此W的确定十分重要。
而在电液伺服系统中．调整电子放大器的增益能够专门方便地改变回路增益，因此阀的流量增益或面积梯度的确定就不十分重要．而阀芯的最大位移往往要受到电磁操纵元件的输出位移的限制，因此阀芯的选择显得更为重要。
（二）阀芯最大位移
通常期望适当降低W以增加阀芯位移值。
如此能够提高阀的抗污染能力，减少显现堵塞现象；
同时能够幸免在小开口时因堵塞而造成的流量增益下降，能够降低阀芯轴向尺寸加工公差的要求。
然而阀芯较大时，要受电磁操纵元件的输出位移和输出力的限制。
在机液伺服系统中。
由于操纵机构的输出力和输出位移较大，能够有较大的阀芯位移值。
（三）阀芯直径d
为了保证阀芯有足够的刚度．应使阀芯颈部直径为阀芯直径的一半另外，为了确保节流窗口为可控的节流口以幸免流量饱和现象，阀腔通道内的流速不应过大。
为此应使阀腔通道的面积为操纵窗口最大面积的4倍以上。
2.9喷嘴挡板阀
第一介绍喷嘴挡板阀的特点
2.9.1单喷嘴挡板阀的静态特性
压力特性，推导其静态特性方程，给出无量纲压力流量曲线方程
压力流量特性，找到零位时最佳的操纵压力
零位阀系数，三个阀系数的运算
零位泄漏量，讲解由于零位泄漏会造成额外的功率缺失
2.9.2双喷嘴挡板阀的静态特性
压力流量特性，建立三个方程，指出双喷嘴挡板阀能够用于操纵双作用液压缸和马达
压力特性，导出零位条件
阀的零位系数，重点介绍运算3个阀系数的方法，由于阀的静态特性方程是由3个方程组成，因此，需要分别对非线性方程线性化，而得到3个阀系数
2.9.3作用在挡板上的液动力
第一研究单喷嘴挡板阀的情形
然后研究双喷嘴挡板阀的受力
2.9.4喷嘴挡板阀的设计
（一）喷嘴口直径，依据零位流量增益确定
（二）喷嘴挡板的零位间隙，依照幸免流量饱和确定
（三）固定节流口直径
（四）其它参数
包括流量系数，喷嘴口长度，固定节流口长度和直径只比
2.10射流管阀
2.10.1.工作原理
依照挂图讲解射流管阀的工作原理．射流管阀要紧由射流管1和接收器2组成。
射流管能够绕丈承中心3转动。
接收器上有两个圆形的接收口，二个接收口分别与液压缸的两腔相联。
来自液压能源的恒压力、恒流量的液流通过支承中心引入射流管，经射流管喷嘴向接收器喷射。
压力油的液压能通过射流管的喷啪转换为液流的动能（速度能），液流被接收孔接收后．又将动能转换为压力能。
有信号输入时，射流管由对中弹簧保持在两个接收口的中间位置，两个接收扎所接收的射流淌能相同，因此两个接收口的复原压力也相等，液压缸活塞不动。
当有输入信号时，射流管偏离中间位置，两个接收孔所接收的射流淌能不再相等，其中一个增加而另—个减小，因此两个接收口的复原压力不等，其压差使液压缸活塞运动。
2.10.2.静态特性
向学生交待射流管阀的流淌情形比较复杂，日前还难以准确地进行理论分析运算，性能也难以推测。
其静态特性要紧由实验得到。
给出实验的压力特性，流量特性和压力流量特性的曲线，使学生了解射流管阀的特性
2.10.3.射流管阀的几何参数
射流管阀的要紧几何参数有喷嘴的锥角、喷嘴孔直径、喷嘴端面至接收孔的距离、接收孔直径以从孔间距等。
目前还不能进行精确的理论分析运算，丰要靠体会和试验来设计。
要紧向学生介绍一种实验研究的结果。
介绍压力效率和流量效率的概念，为了使射流管阀输出最大的压力效率和流量效率，据此选择射流管阀的几个要紧几何参数。
2.10.4射流管阀的特点
射管阀的优点：
1）射流管阀最大优点是抗污染能力，对油液清洁度要求不高，从而提高了工作的可靠性和使用寿命。
2）压力复原系数系数和流量复原系数高，一样均在70％以上，有时达90％以上，由于效率高，既可作前置放大元件．也可作小功率伺服系统的功率放大元件。
射流管阀的缺点：
1）其特性不易推测。
要紧靠体会确定。
射流管受射流力的作用。
容易严生振动。
2）和喷嘴挡板阀的挡板相比．射流管的惯性较大．因此其动态响应特性不如喷嘴挡板阀
3）零位泄漏流最大。
4）当油液粘度变化时，对特性阻碍较大，低温待性较差。
摸索题
习题
第3章液压动力元件
液压动力元件（或称液压动力机构）是由液压放大元件（液压操纵元件）和液压执行元件组成的。
液压放大元件能够是液压操纵阀，也能够是伺服变量泵。
液压执行元件是液压缸或液压马达。
由它们能够组成四种差不多型式的液压动力元件：
阀控液压缸、阀控液压马达、泵控液压缸、泵控液压马达。
前两种动力元件能够构成阀控（节流操纵）系统，后两种动力元件能够构成泵控（容积操纵）系统。
在大多数液压伺服系统中，液压动力元件是一个关键性的部件，它的动态特性在专门大程度上决定着整个系统的件能。
本章将建立几种差不多的液压动力元件的传递函数，分析它们的动态特性和要紧性能参数。
所讨论的内容是分析和设计整个液压伺服系统的基础。
3.1四通阀操纵液压缸
3.1.1差不多方程
用挂图讲解四通阀操纵液压缸的原理图。
可达到生动直观的成效，使学生易于同意。
（一）滑阀的流量方程
假定：
阀是零开口四边滑阀，四个节流窗口是匹配相对称的．供油压力恒定，回油压力为零。
得到阀口流量方程的线性化表达式。
（二）液压缸流量连续性方程
阀与液压缸的连接管道对称且短而粗，管道中的压力缺失和管道动态能够忽略；
液压缸每个工作腔内各处压力相等，油温顺体积弹性模量为常数；
液压缸内、外泄漏均为层流流淌。
得到进入缸两个腔室的流量连续性方程。
（三）液比缸和负载的力平稳方程
液压动力元件的动态特件受负载持性的阻碍。
负载力一样包括惯性力、粘性阻尼力、弹性力和任意外负载力。
建立液压缸的输出力与负载力的平稳方程。
3.1.2方块图与传递函数
式（3—1）、（3—8）和式（3－9）是阀控液压缸的三个差不多方程，它们完全描述了阀控液压缸的动态持性，强调这是建立动力元件动态特性的差不多方程，应该熟记这三个差不多方程。
3.1.3传递函数的简化
在动态方程中，考虑了惯性负载、粘件摩擦负载、弹性负载以及油液的压缩性和液压缸泄漏等阻碍因素，是一个十分通用的形式。
实际系统的负载往往比较简单，而且依照具体使用情形有些阻碍因素能够忽略，如此传递函数就能够大为简化。
无弹性负载的情形，伺服系统的负载在专门多情形下是以惯件负载为主，而没有弹性负载或弹性负载专门小能够忽略。
在液压马达作执行元件的伺服系统中。
弹件负载更是少见。
因此没有弹性负载的情形是比较普遍的，也是比较典型的。
依照推导的传递函数表达式，能够得到系统的数学模型是3阶的积分加振荡环节。
接着引出液压固有频率和液压阻尼比的概念，以及阻碍这两个参数的因素。
有弹性负载的情形，在阀控液压缸中弹性负载依旧比较常见的．例如在两级液压放大器中，当功率级滑阀带对中弹簧时，就属于这种情形。
液压材料试验机是施力于材料而使之变形的，因此试验机的负载确实是弹性负载，被试材料确实是一个硬弹簧。
现在向学生交待，传递函数变成了惯性加振荡环节。
其它的简化情形，依照不同的负载会得到不同的传递函数，重点交待，只要有储能元件，就会有振荡环节存在，只要有弹性环节，就会有惯性环节存在，空载时，阀控缸确实是一个积分环节。
3.1.4频率响应分析
阀控液压缸对指令输入和对干扰输入的动态特性，可由相应的传递函数及其性能参数所确定。
由于负载特性不同，其传递由数的形式也不同。
3.1.4.1没有弹性负载时的频率特性分析
推导出对指令输入的动态响应特性的传递函数数式，它由比例、积分和2阶振荡环节组成，要紧的性能参数为速度放大系数，液压固有频率吨和液压阻尼比。
重点讲授这三个参数对系统动态特性的阻碍。
（1）速度放大系数由于传递函数中包含一个积分环节、因此在稳态时，液压缸活塞的输出速度与阀的输入位移成比例．比例系数即为速度放大系数（速度增益）。
它表示阀对液压活塞速度操纵的灵敏度。
速度放大系数直截了当阻碍系统的稳固件、响应速度和精度。
提高速度放大系数能够提高系绽的响应速度和精度。
但使系统的稳固性变坏。
速度放大系数随阀的流量增益变化而变化。
（2）液压固有频率液压固有频率是负载质量与液压缸工作腔中的油液压缩性所形成的液压弹簧相互作用的结果。
应重点讲授提高液压固有频率的方法有：
增大液压缸活塞的面积
减少总的压缩容积
减少折算到活塞上的总的质量
提高容积弹性模数
（3）液压阻尼比，给出液压阻尼比的表达式，分析阻碍液压阻尼比的因素，以及介绍提高阻尼比的方法及其各自的优缺点。
接着推导对干扰力的响应，给出闭环刚度的概念，包括闭环位置刚度和闭环速度刚度，说明闭环系统抗击外负载变化的能力增强。
3.1.4.2有弹性负载时的频率响应分析
依照传递函数，画出频率响应的波德图，分析系统的要紧参数对系统的性能的阻碍。
由于惯性环节的存在，使系统变成了一阶系统，对单位阶跃输入确实是有差的了。
3.2四通阀操纵液压马达
其传递函数与阀控缸形式一样，关键交待一个是实现的对直线位移的操纵，一个是实现对转角的操纵。
3.3三通阀操纵液压缸
3.3.1差不多方程
用挂图说明三通阀控缸的原理，差不多方程差不多同四通阀控缸，使学生注意到液压固有频率值发生了变化，缘故使三通阀控缸只有一个操纵腔。
3.3.2传递函数
传递函数的类型与四通阀控缸一样，但要使学生注意三通阀控缸的动态特性不如四通阀控缸，其要紧用在机液伺服系统中。
3.4泵控液压马达
从原理上讲明泵控马达系统属于容积操纵原理，泵的输出流量与泵的排量操纵转角可看作线性关系。
3.4.1差不多方程
差不多方程仍旧有3个，但注意推导方程时为分析简化所作的假设条件，在具体推导时交待每个假设条件的使用情形。
所得到的传递函数类型等同于阀控液压缸。
3.4.2传递函数
所得到的传递函数类似等同于阀控液压缸，但要注意具体参数的变化和对系统性能的阻碍。
3.4.3泵控液压马达与阀控液压马达的比较
交待泵控液压马达的液压固有频率低于阀控液压马达，泵控液压马达的阻尼比小于阀控液压马达，然而比较恒定，泵控液压马达的增益和静态速度刚度也比较恒定。
使学生了解什么缘故会产生这种现象，注意阀控马达和泵控马达的区别。
3.5液压动力元件与负载的匹配
3.5.1负载特性
介绍负载特性的定义，负载的类型。
3.5.1.1惯性负载特性
推导惯性负载特性的数学表达式，画出负载特性曲线，能够看到有惯性负载负载特性曲线是个封闭的椭圆。
专门交待当输入信号的频率发生变化时，椭圆形状的改变情形。
3.5.1.2粘性阻尼负载特性
推导粘性负载特性的数学表达式，画出负载特性曲线，能够看到有粘性负载负载特性曲线是条直线。
3.5.1.3弹性负载特性
推导弹性负载特性的数学表达式，画出负载特性曲线，能够看到有弹性负载负载特性曲线也是个封闭的椭圆。
同时也应使学生注意频率变化时曲线形状的改变。
3.5.1.4合成负载特性
推导合成负载特性的数学表达式，画出负载特性曲线，能够看到合成负载负载曲线是个封闭的斜椭圆。
3.5.2等效负载的运算
通过一个实例来要紧介绍等效刚度的运算和等效负载的运算，液压执行元件有时通过机械传动装置与负载相联，如齿轮传动装置、滚珠丝杠等。
为了分析运算方便，需要将负载惯量、负载阻尼、负载刚度等折算到液压执行元件的输出端，或相反将液压执行元件的惯量、阻尼等折算到负载端。
假如还耍考虑结构柔度的阻碍其负载模型则为二自由度或多自由度系统。
依照分析可得出结论：
将系统一部分惯量、粘性阻尼系数和刚度折算到转数高i倍的另一部分时，只需特它们除以传动比的平方即可。
相反地．将惯量、粘性阻尼系数和刚度折算到转数低i倍的另一部分时，只需乘以传动比的平方即可。
3.5.3液压动力元件的输出特性
液压动力元件的输出特性是在稳态情形下，执行元件的输出速度、输出力与阀的输入位移三者之间的关系，可由阀的压力—流量特性变换得到。
将阀的负载流量除以液压缸的面积（或液压马达排量），负载压力乘以液压缸面积（或液压马达排量），就能够得到动力元件的输出特性，
通过改变供油压力，阀的最大开口面积和液压缸活塞面积能够改变输出特性曲线的形状，能够实现负载的匹配。
3.5.4负载匹配
交待什么是负载匹配？
依照负载轨迹来进行负载匹配时，只要使动力元件的输出持性曲线能够包围负载轨迹，同时使输出特性曲线与负载轨迹之间的区域尽量小，便认为液压动力元件与负载相匹配。
3.5.5依照负载最佳匹配确定液压动力元件的参数
重点介绍运算方法和运算公式
第4章机液伺服系统
第一讲明白什么是机液伺服系统？
由机械反馈装置和液压动力元件所组成的反馈操纵系统称为机械液压伺服系统。
机液伺服系统要紧用来进行位置操纵，也能够用来操纵其它物理量，如原动机的转速操纵等。
机液伺服系统结构简单、工作可靠、容易爱护，因此广泛地应用于飞机舵面操纵系统、车辆转向助力装置相仿型机床中。
4.1机液位置伺服系统
4.1.1系统方框图
第一用飞机上的液压助力器为例，结合挂图，建立系统的数学模型，并画出方框图。
关键在于建立输入位移反馈的油缸位移和阀口开度之间的关系，用三角形几何相似原理，给出三者之间的表达式，阀控缸的数学模型前面差不多导出，因此能够直截了当引用。
最后给出方框图。
4.1.2系统稳固性分析
求出前向通道的传递函数，画出波德图，依照波德图给出稳固性条件，也能够由劳斯判据得到系统的稳固性条件。
稳固条件为
，在设计液压位置伺服系统时，能够把它作为一个体会法则。
由图4—3所示的伯德图能够看出，穿越频率近似等于开环放大系数。
安际上穿越频率稍大于开环放大系数，而系统的频宽又稍大于穿越频率。
因此开环放大系数愈大，系统的响应速度愈快。
另外，开环放大系数越大，系统的操纵精度也越高。
因此要提高系统的响应速度和精度，就要提高开环放大系数，但要受稳固性限制。
通常液压伺服系统是欠阻尼的，由于阻尼比小限制了系统的性能。
因此提高阻尼比对改善系统性能来说是十分关键的。
4.2结构柔度对系统稳固性阻碍
什么是结构柔度？
结构柔度包括固定执行元件的结构柔度、执行元件与负载间的联接机构的柔度或传动机构的柔度以及反馈机构的柔度等。
在往常的分析中，没有考虑结构柔度的阻碍，把动力元件的负载看成是集中参数表示的单弹簧单质量系统。
实际中所碰到的大多数负载能够专门好地近似看成这种简单的情形。
然而在某些情形下，负载为几个集中质量以柔性结构相联接的二自由度或多自由度系统。
假如结构刚度和液压弹簧刚度相当或者还要小时，将使系统的稳固性变坏．现在必须考虑结构柔度的阻碍。
4.2.1差不多方程与传递函数
差不多方程仍旧是三个差不多方程，但在建立力的平稳方程时，要考虑结构柔度的阻碍，那个地点要重点介绍力的平稳方程如何建立，分别对缸体，阀体和活塞建立力的平稳方程。
然后消去中间变量，最后得到考虑结构柔度的系统的传递函数。
要紧介绍什么是结构刚度？
什么是固定结构的固有频率？
什么是连接结构的固有频率？
什么是综合谐振频率？
什么是综合刚度？
什么是综合阻尼比？
4.2.2考虑结构柔度的系统稳固性
4.2.2.1全闭环系统的稳固性
假定反馈从负载端取出构成全闭环系统，如图4—6所示。
开环系统的伯德图见图4—7曲线a，现在系统的稳固条件为
，系统的稳固性和频宽受综合谐振频率和综合阻尼比所限制。
4.2.2.2半闭环系统的稳固性
假如反馈从活塞输出端引出构成半闭环系统，其方块图如图4－8所示。
现在系统开环传递函数含有2阶微分环节，当谐振频率
与综合谐振频率
靠的专门近时，反谐振二阶微分环节对综合谐振有一个对消作用，使综合谐振峰值减小，如图4—7中曲线5，从而改善了系统的稳固性。
总结：
半闭
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