第1章 液压控制系统概论 1
1.1 液压控制系统的原理与组成 1
1.1.1 液压控制系统的原理 1
1.1.2 液压控制系统的组成 3
1.2 液压控制系统的类型及适用场合 4
1.2.1 位置控制、速度控制及加速度控制和力及压力控制系统 4
1.2.2 闭环控制系统和开环控制系统 4
1.2.3 阀控系统和泵控系统 5
1.2.4 机械液压控制系统、电气液压控制系统和气动液压控制系统 5
1.2.5 连续量控制系统和离散量控制系统 7
1.3.1 液压控制系统的优点 8
1.3 液压控制系统的优缺点 8
1.2.7 直线运动控制系统和回转运动控制系统 8
1.2.6 时变系统与时不变系统 8
1.3.2 液压控制系统的缺点 9
1.4 液压控制技术的应用 10
1.5 液压控制技术的发展概况 11
1.5.1 液压控制技术的历史进展与趋势 11
1.5.2 我国液压传动与控制技术的发展及现状 12
第2章 液压控制基础知识 15
2.1 反馈控制系统的基本概念 15
2.1.1 定义 15
2.1.2 组成 15
2.1.3 基本要求 16
2.2 数学模型 16
2.2.1 微分方程及数学模型的线性化 16
2.2.2.1 拉氏变换的定义 18
2.2.2 拉氏变换及传递函数 18
2.2.2.2 传递函数 19
2.2.3 方块图及其等效变换 20
2.2.4 典型环节的数学模型 21
2.2.4.1 比例放大环节 21
2.2.4.2 积分环节 22
2.2.4.3 一阶惯性环节 22
2.2.4.4 微分环节 22
2.2.4.5 振荡环节 23
2.3 时域瞬态响应 24
2.3.1 时域响应及典型输入信号 24
2.3.1.1 时域响应 24
2.3.1.2 典型输入信号 24
2.3.2 典型环节的瞬态响应 24
2.3.2.1 一阶惯性环节的瞬态响应 26
2.3.2.2 振荡环节的瞬态响应 27
2.3.3 控制系统时域性能指标 27
2.4 控制系统的频率特性 28
2.4.1 定义 28
2.4.2 频率特性的几何表示法——极坐标图、对数频率特性图和对数幅相频率特性图 29
2.4.2.1 极坐标图（乃氏图） 29
2.4.2.2 对数频率特性图（波德图） 29
2.4.2.3 对数幅相特性图（尼氏图） 32
2.4.3 控制系统的闭环频率响应及性能指标 33
2.4.3.1 由开环频率特性估计闭环频率特性 33
2.4.3.2 系统的频域指标（见图2-20） 35
2.5 控制系统的稳定性分析 35
2.5.1 定义及稳定性充要条件 35
2.5.2 稳定性判据 36
2.5.3 控制系统的相对稳定性（稳定性裕量） 37
2.6 控制系统的误差分析计算 38
2.6.1 基本概念 38
2.6.1.1 误差、偏差及其关系 38
2.6.1.2 误差传递函数及稳态误差计算方法 39
2.6.2 系统类型及稳态误差计算 39
2.6.2.1 系统类型 39
2.6.2.2 稳态误差计算 39
2.7 控制系统的校正 40
2.7.1 系统性能指标与系统校正概述 40
2.7.2 常用校正装置及其选用原则 40
2.7.2.1 串联校正装置 40
2.7.2.2 并联校正（反馈校正） 42
2.7.3.2 希望特性的绘制 43
2.7.3.1 方法要点 43
2.7.3 用希望对数频率特性法确定校正装置 43
2.7.2.3 校正方式的选用原则 43
2.8 线性离散控制系统简介 44
2.8.1 定义与特点 44
2.8.2 信号的采样过程及采样定理 45
2.8.3 采样信号的复现与零阶保持器 46
2.8.4 z变换和脉冲传递函数 48
2.8.4.1 z变换与z反变换 48
2.8.4.2 脉冲传递函数（Z传递函数） 51
2.8.5 离散系统的性能分析 53
2.8.5.1 稳定性分析 53
2.8.5.2 动态性能（过渡过程）分析 54
2.8.5.3 稳态误差分析 56
2.8.6 离散系统的设计校正 57
2.9.1 状态空间方程及其解 58
2.9 现代控制理论简介 58
2.9.2.1 状态空间的非奇异变换 60
2.9.2 能控性和能观性 60
2.9.2.2 能控性和能观性 61
2.9.2.3 卡尔曼结构原理 62
2.9.3 系统稳定性分析 62
2.9.4 系统综合及最优控制 63
2.9.4.1 系统综合 63
2.9.4.2 单输入系统的闭环极点配置 63
2.9.4.3 静态特性 64
2.9.4.4 状态观测器及其反馈系统 64
2.9.4.5 最优控制 65
3.1 电液伺服阀 67
3.1.1 功用及特点 67
第3章 电液控制阀 67
3.1.2 组成 68
3.1.2.1 电气－机械转换器 68
3.1.2.2 液压放大器 69
3.1.2.3 检测反馈机构 72
3.1.3 电液伺服阀的分类 72
3.1.4 典型结构与工作原理 72
3.1.4.1 动圈式力马达型单级电液伺服阀 72
3.1.4.2 喷嘴挡板式力反馈型两级电液伺服阀 73
3.1.4.3 动圈滑阀式力马达型两级电液伺服阀 75
3.1.5 主要特性及性能参数 76
3.1.5.1 静态特性 76
3.1.5.2 动态特性 80
3.1.7 国内外电液伺服阀产品简介 82
3.1.7.1 国内产品 82
3.1.6 应用场合 82
3.1.7.2 国外产品 87
3.2 电液比例控制阀 93
3.2.1 功用与特点 93
3.2.2 组成 93
3.2.2.1 比例电磁铁 93
3.2.2.2 液压放大器及检测反馈机构 96
3.2.3 分类 97
3.2.4 典型结构与工作原理 97
3.2.4.1 电液比例压力阀 98
3.2.4.2 电液比例流量阀 99
3.2.4.3 电液比例方向阀 100
3.2.5.1 静态特性 101
3.2.5 主要特性及性能参数 101
3.2.5.2 动态特性 102
3.2.6 电液比例阀的典型产品 103
3.2.6.1 国内电液比例阀产品概览 103
3.2.6.2 部分产品的技术性能 104
3.2.6.3 引进力士乐技术系列电液比例阀 107
3.2.6.4 油研E系列电液比例阀 107
3.3 电液数字控制阀 117
3.3.1 功用、特点及分类 117
3.3.2 基本工作原理 117
3.3.2.1 增量式电液数字阀 117
3.3.2.2 高速开关式数字阀 118
3.3.3 典型结构及工作原理 119
3.3.3.1 增量式数字阀 119
3.3.4 技术性能 121
3.3.3.2 高速开关式数字阀 121
3.3.4.1 静态特性 122
3.3.4.2 动态特性 122
3.3.5 典型产品 123
第4章 液压控制系统基本功能回路 127
4.1 伺服控制机构及回路 127
4.1.1 机液伺服控制机构 127
4.1.1.1 阀控缸机液伺服机构 127
4.1.1.2 阀控马达机液伺服机构 128
4.1.1.3 常用机液伺服控制机构 128
4.1.2 电液伺服控制回路 130
4.1.2.1 电液位置伺服回路 130
4.1.2.2 电液速度伺服回路 131
4.1.2.4 电液伺服同步回路 134
4.1.2.3 电液力（压力）伺服回路 134
4.2 电液比例控制机构及回路 135
4.2.1 电液比例压力控制回路 135
4.2.1.1 比例调压回路 135
4.2.1.2 比例减压回路 136
4.2.1.3 应用回路 136
4.2.2 电液比例速度控制回路 139
4.2.2.1 比例节流调速回路 139
4.2.2.2 比例容积调速回路 140
4.2.2.3 比例容积节流调速回路 141
4.2.2.4 应用回路 141
4.2.3 比例方向速度控制回路 143
4.2.3.1 对称执行器的比例方向速度控制回路 143
4.2.3.2 非对称执行器的比例方向速度控制回路 144
4.2.3.3 比例差动控制回路 145
4.2.4.1 比例方向阀的进口节流压力补偿回路 146
4.2.4 比例方向阀节流压力补偿回路 146
4.2.4.2 比例方向阀的出口节流压力补偿控制回路 149
4.2.4.3 采用插装元件的压力补偿控制回路 149
4.2.5 电液比例方向阀的应用回路 152
4.2.5.1 平衡回路 152
4.2.5.2 步进链式运输机（热轧钢卷用）的速度、加（减）速度控制回路 153
4.2.5.3 焊接自动线提升装置的电液比例控制回路 154
4.2.5.4 无缝钢管主产线穿孔机芯棒送入机构的电液比例控制回路 154
4.2.5.5 步进式加热炉提升机构及前进机构的电液比例控制回路 154
4.2.5.6 撒盐车电液控制回路 156
4.2.5.7 节流控制式比例同步控制回路 156
4.2.6 电液比例压力／速度控制回路（节能回路） 157
4.2.6.1 比例压力／流量复合阀调压调速回路 157
4.2.6.2 比例压力／流量调节型变量泵回路 157
4.2.7 电液比例控制典型应用回路 158
第5章 液压控制系统应用实例分析 162
5.1 液压控制系统应用实例分析的意义 162
5.2 液压伺服控制系统 162
5.2.1 复杂圆柱曲面石材加工机的机液仿形控制系统 162
5.2.1.1 主机功能结构 162
5.2.1.2 机液仿形控制系统工作原理 163
5.2.1.3 技术特点 164
5.2.2 汽车悬架减振器性能试验台的电液伺服控制系统 164
5.2.2.1 主机功能结构 164
5.2.2.2 电液伺服控制系统与微机测控系统及工作原理 164
5.2.2.3 技术特点 165
5.2.3 电站锅炉蛇形管弯管机液压传动及控制系统 165
5.2.3.1 主机功能结构 165
5.2.3.2 液压传动及控制系统工作原理 165
5.2.3.3 技术特点及参数 167
5.2.4 高压输电线间隔棒振摆试验电液伺服系统 168
5.2.4.1 系统功能结构 168
5.2.4.2 电液伺服系统的工作原理 168
5.2.4.3 技术特点及参数 169
5.2.5 石棉水泥管卷压成型机的电液控制系统 169
5.2.5.1 主机功能结构 169
5.2.5.2 电液控制系统的工作原理 170
5.2.5.3 技术特点及参数 172
5.2.6 中空挤坯吹塑挤出机型坯壁厚电液伺服控制系统 173
5.2.6.1 功能结构 173
5.2.6.2 型坯壁厚电液伺服系统的工作原理 173
5.2.6.3 技术特点 174
5.2.7 四辊轧机液压压下装置的电液伺服系统 175
5.2.7.1 主机功能结构 175
5.2.7.2 电液伺服控制系统工作原理 176
5.2.7.3 技术特点及参数 177
5.2.7.4 使用要点 177
5.2.8 铝箔轧机电液伺服系统 177
5.2.8.1 主机功能结构 177
5.2.8.2 电液伺服控制系统的工作原理 178
5.2.8.3 技术特点及参数 180
5.2.9 带材纠偏控制装置的电液伺服控制系统 180
5.2.9.1 主机功能结构 180
5.2.9.2 电液控制系统工作原理 181
5.2.9.3 技术要点及参数 182
5.2.10 电液伺服水槽不规则波造波机系统 182
5.2.10.1 主机功能结构 182
5.2.10.2 机械液压系统原理 183
5.2.11.1 主机功能结构 184
5.2.11 PASBAN炮塔电液伺服控制系统 184
5.2.10.3 技术特点及参数 184
5.2.11.2 电液伺服控制系统工作原理 185
5.2.11.3 技术特点及参数 186
5.2.12 地空导弹发射装置液压控制系统 187
5.2.12.1 主机功能结构 187
5.2.12.2 液压系统及其工作原理 187
5.2.12.3 技术特点及参数 189
5.3 电液比例控制系统 190
5.3.1 平面磨床电液比例调速系统 190
5.3.1.1 主机功能结构 190
5.3.1.2 电液比例调速系统的工作原理 190
5.3.1.3 计算机测控操纵系统 191
5.3.2.1 主机功能结构 192
5.3.2.2 电液比例控制系统的工作原理 192
5.3.2 电液比例控制塑料注射机系统 192
5.3.1.4 技术特点及参数 192
5.3.2.3 技术特点及参数 194
5.3.3 金刚石工具热压烧结机的电液比例加载系统 194
5.3.3.1 主机功能结构 194
5.3.3.2 电液比例加载系统的工作原理 195
5.3.3.3 技术特点 196
5.3.4 沥青道路修补车电液比例系统 197
5.3.4.1 主机功能结构 197
5.3.4.2 电液比例控制液压系统的工作原理 197
5.3.4.3 技术特点 198
5.3.5 波浪补偿起重机电液比例控制系统 199
5.3.5.1 主机功能结构 199
5.3.5.2 电液比例控制系统的工作原理 199
5.3.5.3 波浪补偿闭环控制 200
5.3.6 林木球果采集机器人电液比例控制系统 201
5.3.6.1 主机功能结构 201
5.3.6.2 电液比例控制系统的工作原理 201
5.3.5.4 技术特点 201
5.3.6.3 计算机数字程序控制系统 202
5.3.6.4 技术特点 202
5.3.7 电冰箱内胆四工位热成型机电液比例控制系统 203
5.3.7.1 主机功能结构 203
5.3.7.2 电液比例控制系统工作原理 203
5.3.7.3 技术特点及参数 204
5.3.8 自动卷染机的电液比例控制系统 205
5.3.8.1 主机功能结构 205
5.3.8.2 电液比例控制系统的工作原理 205
5.3.9.1 主机功能结构 206
5.3.9.2 液压系统工作原理 206
5.3.9 飞机起落架收放液压试验车电液控制系统 206
5.3.8.3 技术特点 206
5.3.9.3 电控系统及其原理 208
5.3.9.4 技术特点及参数 208
5.3.10 深潜救生艇对接机械手的电液比例伺服控制液压系统 209
5.3.10.1 主机功能结构 209
5.3.10.2 电液比例伺服控制系统的工作原理 209
5.3.10.3 技术特点 210
5.3.11 船舰模拟平台电液比例闭环控制系统 210
5.3.11.1 主机功能结构 210
5.3.11.2 液压系统的工作原理 211
5.3.11.3 电控系统的控制原理 212
5.3.11.4 技术特点及参数 212
5.3.12.2 两种电液比例系统及其工作原理 213
5.3.12 双缸直顶式液压电梯的两种电液比例系统 213
5.3.12.1 主机功能结构 213
5.3.12.3 进油路节流调速液压系统的计算机控制 215
5.3.13 试验机电液比例加载测控系统 215
5.3.13.1 主机功能结构 215
5.3.13.2 电液比例加载系统的工作原理 215
5.3.13.3 微机测控系统 216
5.3.13.4 技术特点及参数 217
5.3.14 大型剧院三块双层升降舞台电液比例同步控制系统 217
5.3.14.1 舞台功能结构 217
5.3.14.2 液压系统的工作原理 218
5.3.14.3 下层台同步控制 219
5.4.1.2 电液数字控制系统工作原理 220
5.4.1.1 主机功能结构 220
5.4.1 造纸磨浆机电液数字控制系统 220
5.4 电液数字控制系统 220
5.3.14.4 技术特点及参数 220
5.4.1.3 技术特点及参数 221
5.4.2 压铸机电液数字控制系统 221
5.4.3 磨床工作台的电液数字控制系统 222
5.4.4 大惯量工作台驱动系统 223
5.4.5 变量柱塞泵斜盘位置控制系统 223
5.4.6 数字阀控制飞行器系统 223
第6章 液压控制系统的设计流程 225
6.1 液压伺服控制系统的设计 225
6.1.1 明确设计要求 225
6.1.2 拟定控制方案.画出系统原理图 226
6.1.3.1 供油压力ps的选择 228
6.1.3.2 液压执行器主要规格尺寸和伺服阀空载流量的确定 228
6.1.3 静态设计 228
6.1.3.3 伺服阀（或变量泵）规格的确定 233
6.1.3.4 执行器选择及设计 235
6.1.3.5 传动比i的确定 235
6.1.3.6 反馈传感器、放大器等其他元件的选择 236
6.1.4 动态设计 238
6.1.4.1 系统方块图与开环传递函数 238
6.1.4.2 绘制对数频率特性曲线（波德图），由稳定性确定系统开环增益 247
6.1.4.3 系统快速性（闭环参数）计算 249
6.1.4.4 系统的准确性（稳态误差）计算 250
6.1.5 检验系统静、动态品质，需要时对系统进行校正 252
6.1.5.1 良好伺服系统的开环波德图 252
6.1.5.2 校正装置的选择与设计 252
6.1.7 绘制正式工作图、编制技术文件 254
6.1.6 选择液压能源 254
6.1.8 机液伺服系统的设计特点 256
6.1.8.1 机液伺服系统的组成与分析 256
6.1.8.2 机液伺服系统的设计特点及注意事项 257
6.2 电液比例控制系统的设计特点 258
6.2.1 开环电液比例控制系统的设计特点及注意事项 259
6.2.2 闭环电液比例系统的设计特点及注意事项 259
6.2.3 比例阀的选型原则 261
6.3 电液数字控制系统的设计 263
6.3.1 增量式电液数字阀控制系统 263
6.3.1.1 开环控制 263
6.3.1.2 闭环控制 264
6.3.2 脉宽调制（PWM）式电液数字控制系统 264
7.1.1.2 论证和拟定控制方案，组成控制系统原理图 266
7.1.1.1 主机功用与控制系统设计要求 266
7.1.1 带钢跑偏光电液伺服控制系统 266
7.1 电液伺服系统设计计算示例 266
第7章 液压控制系统设计计算示例 266
7.1.1.3 静态设计（确定液压动力元件参数，选择系统的组成元件） 268
7.1.1.4 动态设计 270
7.1.2 数控机床工作台电液位置伺服控制系统 273
7.1.2.1 设计要求及给定参数 273
7.1.2.2 确定系统方案，组成控制系统原理图 274
7.1.2.3 静态设计（确定液压动力元件参数，选择系统组成元件） 274
7.1.2.4 动态设计 275
7.1.3 轧机液压位置伺服系统（APC）的工作参数计算 279
7.1.3.1 功能及设计要求 279
7.1.3.2 控制模式 280
7.1.3.3 压下缸参数的确定与计算 280
7.1.3.4 伺服阀参数的确定 281
7.1.4 电液速度控制系统的设计计算 282
7.1.4.1 根据设计要求，拟定控制方案 282
7.1.4.2 静态设计 282
7.1.4.3 动态设计 283
7.1.5 机床工作台电液速度控制系统的校正计算 285
7.1.5.1 系统原理图及其开环波德图 285
7.1.5.2 系统校正计算 286
7.1.6 工件疲劳试验机电液力伺服控制系统 286
7.1.6.1 控制方案的确定 287
7.1.6.2 静态设计（确定液压动力元件参数，选择系统的组成元件） 287
7.1.6.3 动态设计 288
7.2.1.3 负载分析计算 291
7.2.1.1 设计要求及给定参数 291
7.2.1.2 拟定控制方案 291
7.2 电液比例控制系统设计计算示例 291
7.2.1 阀控缸开环速度控制系统设计 291
7.2.1.4 选择比例阀机能及阀控缸配用形式 292
7.2.1.5 确定系统供油压力ps，确定液压缸工作面积和结构尺寸 292
7.2.1.6 比例方向阀通径的选择 293
7.2.1.7 系统加减速时间的选择 294
7.2.2 闭环控制系统比例阀的选型计算 295
第8章 液压控制系统设计使用中的若干专门问题 296
8.1 控制放大器 296
8.1.1 功用与要求 296
8.1.2 类型与选用 296
8.1.3 典型构成与工原理 297
8.1.4 控制放大器示例 306
8.1.5 控制放大器的选用与设计 309
8.2.1 功能、典型结构与分类 310
8.2 伺服液压缸的选择与设计 310
8.2.2 设计步骤及内容 311
8.2.2.1 明确设计要求 311
8.2.2.2 反馈传感器的选定 311
8.2.2.3 伺服液压缸活塞有效面积及主要结构尺寸的确定 311
8.2.2.4 伺服阀的选定 313
8.2.2.5 结构形式的确定 313
8.2.2.6 零部件强度的设计计算 314
8.2.2.7 密封装置的设计 314
8.2.2.8 放气装置和防护装置的设计 314
8.2.2.9 绘制正式工作图，编制设计资料 314
8.2.3 伺服液压缸典型产品 314
8.3.2.2 集中配置型液压装置 319
8.3.2.1 分散配置型液压装置 319
8.3.2 液压装置的结构类型及其适用场合 319
8.3 液压站的设计 319
8.3.1 概述 319
8.3.3 液压站的设计要点 320
8.4 电气控制装置的设计 322
8.4.1 常规控制电路设计 322
8.4.2 计算机控制系统设计简介 323
8.4.2.1 计算机控制系统的分类 323
8.4.2.2 计算机控制系统的组成 323
8.4.2.3 计算机控制系统的设计 324
8.4.2.4 采样周期的选择 327
8.5 计算机数字仿真技术 327
8.5.1 仿真技术简介 327
8.5.2 仿真软件的编制和选择 328
8.5.3 MATLAB及其应用 329
8.6.2 油液污染对液压系统的危害 337
8.6 污染控制 337
8.6.1 污染物的形态和来源 337
8.6.3 油液污染度的测定和污染度等级 338
8.6.4 污染控制措施 339
8.7 安装调试与使用维护 342
8.7.1 液压控制系统的安装 342
8.7.2 液压控制系统的调试 344
8.7.3 液压控制系统的使用维护 345
第9章 常用公式及标准资料 349
9.1 液压技术常用物理量及其换算（表9-1） 349
9.2 常用计算公式 350
9.2.1 液压流体力学计算公式 350
9.2.1.1 液压工作介质的主要物理性质 350
9.2.1.3 液体动力学计算公式 351
9.2.1.2 液体静力学计算公式 351
9.2.1.4 管道系统压力损失计算公式 352
9.2.1.5 常见孔口流量计算公式（表9-14） 356
9.2.1.6 液压系统发热与散热计算 357
9.2.1.7 液压冲击计算 359
9.2.2 液压元件常用计算公式（表9-20） 360
9.3 液压伺服阀安装面及液压系统通用条件 360
9.3.1 四油口和五油口液压伺服阀安装面（GB 17487-1998摘录） 360
9.3.1.1 范围 360
9.3.1.2 符号 360
9.3.1.3 公差 360
9.3.1.4 尺寸 362
9.3.2 液压系统通用技术条件（GB/T 3766—2001）（摘要） 363
9.3.2.1 范围 363
9.3.1.5 定位销 363
9.3.2.2 定义 364
9.3.2.3 要求 364
9.3.2.4 系统设计 366
9.3.2.5 能量转换元件 368
9.3.2.6 液压阀 371
9.3.2.7 液压油液和调节元件 372
9.3.2.8 管路系统 376
9.3.2.9 控制系统 377
9.3.2.10 诊断和监控 379
9.3.2.11 清理和涂漆 380
9.3.2.12 运输准备 380
9.3.2.13 试运行 380
9.3.2.14 标注说明（引用本标准时） 381
参考文献 382