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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

1.3.5 喷嘴挡板阀用作先导级时的实际结构 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三级电液伺服阀 259

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 260

1.1.4 滑阀力综合式压力伺服阀（FF119）、P-Q型伺服阀（FF118）、双喷嘴-挡板喷嘴压力反馈式压力阀（DYSF-3P）、射流管力反馈式伺服阀（CSDY系列、三线圈电余度DSDY、抗污染CSDK） 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

1.1.7 直动式电液伺服阀（DDV阀）（FF133、QDYD-1-40、QDYD-1-100）、射流管式伺服阀（FF129、FF134）、双喷嘴挡板力反馈伺服阀YF 264

1.2 国外主要电液伺服阀产品 265

1.2.1 双喷嘴力反馈式电液伺服阀（MOOG） 265

1.2.2 双喷嘴挡板力反馈式电液伺服阀（DOWTY、SM4） 266

1.2.3 双喷嘴挡板力反馈伺服阀（DY型、PH76型） 267

1.2.4 双喷嘴力反馈伺服阀（SE型）、双喷嘴电反馈伺服阀（SE2E型）、射流偏转板力反馈伺服阀（BD型） 268

1.2.5 PARKER动圈（VCD）式电反馈直接驱动阀D1FP＊S、D1FP、D3FP＊3和D3FP系列伺服阀 269

1.2.6 ATOS公司DLHZO-T＊和DLKZOR-T＊型直动式比例伺服阀 271

1.2.7 双喷嘴挡板力反馈式（MOOG D761）和电反馈式电液伺服阀（MOOG D765） 274

1.2.8 直动电反馈式伺服阀（DDV）MOOG D633及D634系列 276

1.2.9 电反馈三级伺服阀MOOG D791和D792系列 277

1.2.10 EMG伺服阀SV1-10 279

1.2.11 MOOG D661～D665系列电反馈伺服阀 281

1.2.12 伺服射流管电反馈高响应二级伺服阀MOOG D661 GC系列 284

1.2.13 MOOG D636和D637带数字电路和现场总线接口的直动式比例伺服阀 287

1.2.14 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 291

1.2.15 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4WSE3EE 291

1.3 电液伺服阀的外形及安装尺寸 298

1.3.1 FF101、YF12、MOOG30和DOWTY30型电液伺服阀外形及安装尺寸 298

1.3.2 FF102、YF7、MOOG31、MOOG32、DOWTY31和DOWTY32型伺服阀外形及安装尺寸 299

1.3.3 FF113、YFW10和MOOG72型电液伺服阀外形及安装尺寸 300

1.3.4 FF106A、FF118和FF119型伺服阀外形及安装尺寸 301

1.3.5 FF106、FF130、YF13、MOOG35和MOOG34型电液伺服阀外形及安装尺寸 302

1.3.6 QDY型伺服阀外形及安装尺寸 303

1.3.7 SFL型伺服阀外形和安装尺寸 304

1.3.8 FF131、YFW06、QYSF-3Q、DOWTY？和MOOG78型伺服阀外形及安装尺寸 305

1.3.9 FF109和DYSF-3G-？型电反馈三级阀外形及安装尺寸 306

1.3.10 SV（CSV）和SVA型电液伺服阀外形及安装尺寸 307

1.3.11 YJ741、YJ742和YJ861型电液伺服阀外形及安装尺寸 308

1.3.12 CSDY和Abex型电液伺服阀外形及安装尺寸 309

1.3.13 FF129和FF134型伺服阀外形和安装尺寸 310

1.3.14 FF133、QDYD-1-40、QDYD-1-100型伺服阀外形及安装尺寸 311

1.3.15 MOOG760、MOOG G761和MOOG G631型电液伺服阀外形及安装尺寸 312

1.3.16 MOOG D633、D634系列直动式电液伺服阀外形及装尺寸 313

1.3.17 MOOG D791和D792型电反馈三级阀外形及安装尺寸 314

1.3.18 MOOG D662～D665系列电液伺服阀外形及安装尺寸 315

1.3.19 博世力士乐电反馈三级阀4WSE3EE（16、25、32）尺寸 316

1.3.20 PARKER DY型电液伺服阀外形及安装尺寸 317

1.3.21 PARKER SE系列、PH76系列、BD系列伺服阀外形及安装尺寸 318

1.3.22 PARKER VCD直接驱动阀D1FP＊S、D1FP、D3FP＊3、D3FP外形及安装尺寸 320

1.3.23 MOOG D636、D637系列比例伺服阀外形及安装尺寸 321

1.3.24 ATOS公司DLHZO和DLKZOR型比例伺服阀外形及安装尺寸 325

1.4 伺服放大器 327

1.4.1 YCF-6型伺服放大器 327

1.4.2 MOOG G122-202A1系列伺服放大器 328

1.4.3 MOOG G123-815缓冲放大器 330

1.4.4 MOOG G122-824PI伺服放大器 331

1.4.5 博世力士乐YT-SR1和VT-SR2系列伺服放大器 332

1.4.6 PARKER BD90/95系列伺服放大器 334

1.4.7 ATOS公司E-RI-TES、E-RI-LES型数字式集成电子放大器和E-RI-TE、E-RI-LE型模拟式集成电子放大器 336

2 比例阀主要产品 340

2.1 国内比例阀主要产品 340

2.1.1 BQY-G型电液比例三通调速阀 340

2.1.2 BFS和BSL型比例方向流量阀 340

2.1.3 BY※型比例溢流阀 340

2.1.4 3BYL型比例压力-流量复合阀 341

2.1.5 4BEY型比例方向阀 341

2.1.6 BY型比例溢流阀 342

2.1.7 BJY型比例减压阀 342

2.1.8 DYBL和DYBQ型比例节流阀 342

2.1.9 BPQ型比例压力流量复合阀 343

2.1.10 4B型比例方向阀 343

2.1.11 4WRA型电磁比例换向阀 344

2.1.12 4WRE型电磁比例换向阀 345

2.1.13 4WR？型电液比例方向阀 346

2.1.14 DBETR型比例压力溢流阀 348

2.1.15 DBE/DBEM型比例溢流阀 349

2.1.16 3DREP6三通比例压力控制阀 350

2.1.17 DRE/DREM型比例减压阀 350

2.1.18 ZFRE6型二通比例调速阀 351

2.1.19 ZFRE※型二通比例调速阀 353

2.1.20 ED型比例遥控溢流阀 354

2.1.21 EB型比例溢流阀 354

2.1.22 ERB型比例溢流减压阀 355

2.1.23 EF（C）G型比例（带单向阀）流量阀 355

2.1.24 EFB型比例溢流调速阀 356

2.2 国外电液伺服阀主要产品 357

2.2.1 BOSCH比例溢流阀（不带位移控制） 357

2.2.2 BOSCH比例溢流阀和线性比例溢流阀（带位移控制） 358

2.2.3 BOSCH NG6带集成放大器比例溢流阀 359

2.2.4 BOSCH NG10比例溢流阀和比例减压阀（带位移控制） 359

2.2.5 BOSCH NG6三通比例减压阀（不带／带位移控制） 360

2.2.6 BOSCH NG6、NG10比例节流阀（不带位移控制） 361

2.2.7 BOSCH NG6、NG10比例节流阀（带位移控制） 362

2.2.8 BOSCH NG10带集成放大器比例节流阀（带位移控制） 363

2.2.9 BOSCH比例流量阀（带位移控制及不带位移控制） 364

2.2.10 BOSCH不带位移传感器比例方向阀 366

2.2.11 BOSCH比例方向阀（带位移控制） 367

2.2.12 BOSCH带集成放大器比例方向阀 368

2.2.13 比例控制阀 369

2.2.14 插装式比例节流阀 373

2.2.15 BOSCH插头式比例放大器 374

2.2.16 BOSCH单通道／双通道盒式放大器 375

2.2.17 BOSCH模块式放大器1 376

2.2.18 BOSCH模块式放大器2 377

2.2.19 BOSCH单通道放大器（不带位移控制，带缓冲） 378

2.2.20 BOSCH双通道双工放大器 379

2.2.21 BOSCH不带缓冲的比例阀放大器 380

2.2.22 BOSCH带电压控制式缓冲的比例阀放大器 382

2.2.23 BOSCH功率放大器（带与不带缓冲电子放大器） 384

2.2.24 力士乐（REXROTH）DBET和DBETE型／5X系列比例溢流阀 387

2.2.25 力士乐（REXROTH）DBETR/1X系列比例溢流阀（带位置反馈） 389

2.2.26 力士乐（REXROTH）DBE（M）和DBE（M）E型系列比例溢流阀 392

2.2.27 力士乐（REXROTH）二位四通和三位四通比例方向阀 394

2.2.28 力士乐（REXROTH）4WRE，1X系列比例方向阀 395

2.2.29 力士乐（REXROTH）三位四通高频响4WRSE，3X系列比例方向阀 399

2.2.30 力士乐（REXROTH）WRZ，WRZE和WRH 7X系列比例方向阀 402

2.2.31 力士乐（REXROTH）4WRTE，3X系列高频响比例方向阀 406

2.2.32 力士乐（REXROTH）VT-VSPA2-1，1X系列电子放大器 410

2.2.33 力士乐（REXROTH）VT5005～5008，1X系列电子放大器 411

2.2.34 力士乐（REXROTH）VT3000，3X系列电子放大器 413

2.2.35 力士乐（REXROTH）VT-VSPA1-1和VT-VSPA1K-1，1X系列电子放大器 414

2.2.36 力士乐（REXROTH）VT2000，5X系列电子放大器 415

2.2.37 力士乐（REXROTH）VT5001至VT5004和VT5010，2X系列VT5003，4X系列电子放大器 416

3 伺服液压缸 417

3.1 国内生产的伺服液压缸 417

3.1.1 优瑞纳斯的US系列伺服液压缸 417

3.1.2 海德科液压公司伺服液压缸 418

3.2 国外生产的伺服液压缸 420

3.2.1 力士乐（REXROTH）伺服液压缸 420

3.2.2 MOOG伺服液压缸 421

3.2.3 M085系列伺服液压缸 422

3.2.4 阿托斯（Atos）伺服液压缸 423

3.2.5 JBS系列伺服液压缸 426

3.2.6 各国液压、气动图形符号对照 426

参考文献 444