數(shù)控液壓控制原理第一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三本章參考書目：液壓控制系統(tǒng)（孫文質(zhì)）液壓閥與液壓控制系統(tǒng)液壓與氣壓傳動2第二頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三一、采用電壓比較的液壓工作臺位置控制系統(tǒng)傳感器1被控對象傳感器2比較元件執(zhí)行元件放大元件指令元件4.1控制系統(tǒng)的構(gòu)成原理3第三頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三電壓比較KaKaUi-UPDUKa比較元件4第四頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三控制框圖控制系統(tǒng)組成：被控對象指令元件比較元件指令傳感器反饋傳感器動力元件（閥、缸）擾動指令電位器反饋電位器伺服閥液壓能源I液壓缸電放大KaIUiE-電壓比較UPKa被控工作臺XP工作臺指令Xi液壓動力元件放大元件5第五頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三二、采用電壓比較的電動工作臺位置控制系統(tǒng)傳感器1被控對象傳感器2比較元件執(zhí)行元件放大元件指令元件6第六頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三電動力元件控制框圖擾動指令電位器反饋電位器可控硅電源I電放大KaEUiE-電壓比較UPKa被控工作臺XP工作臺指令Xi電機(jī)控制系統(tǒng)組成：被控對象指令元件比較元件指令傳感器反饋傳感器動力元件（閥、缸）將液壓動力元件（伺服閥、缸）換成電動力元件（可控硅與電動機(jī)）7第七頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三三、采用力比較的液壓工作臺位置控制系統(tǒng)指令傳感器K1反饋傳感器K2F1F2F1=Xi*K1F2=Xp*K28第八頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三比較元件1K1+K2力比較XiK1指令傳感器K2反饋傳感器xvDFF1F1-F2F2伺服閥XP9第九頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三液壓動力元件控制框圖

采用力比較方式，用彈簧作為位移-力傳感器，以閥芯作為力比較元件。擾動液壓缸1K1+K2DF-力比較Ka被控工作臺XP工作臺指令XiF1F1F2F2指令傳感器K1指令傳感器反饋傳感器K2反饋傳感器伺服閥液壓能源xv10第十頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三四、采用直接位置比較的液壓工作臺位置控制系統(tǒng)指令元件與閥芯相連受控對象與閥套相連Xi=X芯Xp=X套11第十一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三閥芯與閥套閥芯閥套直接位置比較Xv-位置比較XiX芯X套1指令與閥連1對象與閥套連伺服閥XP12第十二頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三閥芯與閥套控制框圖

采用力比較方式，用彈簧作為位移-力傳感器，以閥芯作為力比較元件。擾動液壓缸Xv-位置比較Ka被控工作臺XP工作臺指令XiX芯X套1指令傳感器1反饋傳感器伺服閥13第十三頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三XPXi升力阻力五、飛機(jī)舵機(jī)液控制系統(tǒng)pS飛機(jī)舵機(jī)指令位移比較杠桿舵機(jī)位移XPXV14第十四頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三-杠桿比較XP手XiXVXPXi舵機(jī)位移XV手動XV=X1-X2L2L1+

L2X1指令L1L2Xi舵機(jī)位移-X2L1L2XPL1L1+

L2X1X215第十五頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三液壓動力元件控制框圖擾動液壓缸-杠桿比較飛機(jī)舵機(jī)XP指令XiXV伺服閥液壓能源XPXipS飛機(jī)舵機(jī)比較杠桿舵機(jī)位移XV1212手動16第十六頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三放大元件輸出y2開環(huán)控制部分負(fù)反饋部分電液位置控制系統(tǒng)原理圖六、電液仿形控制系統(tǒng)被控對象指令元件測量傳感器2測量傳感器1輸入y1psp0p1p2Aqq

x

力矩馬達(dá)恒壓力油源比較元件與調(diào)節(jié)器U1U2I17第十七頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三開環(huán)控制（放大）部分電液仿形控制框圖液壓缸及負(fù)載閉環(huán)控制系統(tǒng)由開環(huán)控制（動力）和負(fù)反饋裝置兩部分組成；負(fù)反饋裝置由比較元件、測量反饋元件、調(diào)節(jié)器構(gòu)成；開環(huán)控制部分由放大元件（電液伺服閥）、能量轉(zhuǎn)換元件（缸）、負(fù)載構(gòu)成；

指令元件通過閉環(huán)系統(tǒng)控制被控對象，使被控位移y2跟蹤指令位移y1。放大器被控制對象傳感2（物理量轉(zhuǎn)換）y1EU2-y2雙傳感器電液控制系統(tǒng)原理框圖擾動比較指令元件

其余部分為負(fù)反饋裝置電液伺服閥液壓能源（伺放）傳感1U1I18第十八頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三閥類液壓放大元件的分類:單閥口放大元件——用于溢流閥等普通液壓元件的控制；半橋三通式放大元件——多用于比例或先導(dǎo)（單作用缸）控制；全橋四通式放大元件——多用于伺服（雙作用缸）控制?；y——閥芯為多端圓柱體，閥芯相對閥體作軸向運動；錐閥——閥芯為錐柱體，閥芯相對閥體作軸向運動；噴嘴擋板閥——擋板相對噴嘴移動。1.按橋路分類:2.按閥芯結(jié)構(gòu):

液壓放大元件是將輸入信號（位移）轉(zhuǎn)換成液壓流量（壓力）輸出的元件。4.2液壓放大元件的概念伺服閥內(nèi)含液壓放大元件19第十九頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三一、串聯(lián)式單閥口放大元件

油源壓力閥口面積負(fù)載壓力負(fù)載流量閥？PL20第二十頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三溢流式調(diào)節(jié)一、并聯(lián)式單閥口放大元件

閥？PL第二十一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三B半橋B半橋面積為A0面積為A0/2均帶一個固定節(jié)流孔二、半橋式22第二十二頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三B半橋A+A全橋A半橋B+B全橋固定節(jié)滾孔三、全橋式23第二十三頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三固定節(jié)滾孔B+B全橋進(jìn)油口回油口進(jìn)油口工作油口工作油口24第二十四頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三四、液壓放大器的描述

油源壓力閥口面積式中:閥口通流面積，W為面積梯度；閥口前、后壓差。負(fù)載壓力負(fù)載流量閥？PL25第二十五頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三式中:（2）放大器的流量線性化閥？PLKqKc26第二十六頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三KqKcKqKc等價動態(tài)物理模型動態(tài)數(shù)學(xué)模型（2）放大器的流量線性化閥？PL27第二十七頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三B+B全橋固定節(jié)流孔進(jìn)油口回油口工作油口工作油口28第二十八頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三4.3廣義復(fù)阻抗分析法29第二十九頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三

一個液壓控制系統(tǒng)常常由電回路、機(jī)械回路和液壓回路耦合而成。

“廣義復(fù)阻抗分析法”主要研究機(jī)、電、液耦合系統(tǒng)。

不同能量屬性的電氣系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)，只要其數(shù)學(xué)模型，也就是運動微分方程相同，則可認(rèn)為是相似系統(tǒng)，可以用與相似系統(tǒng)來替代原系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)分析。我們定義一種廣義的電回路（簡稱廣義回路）：該回路的形式與運算法則與電回路完全相同，回路中的元件稱為廣義元件，其符號與電元件相似。將液壓、機(jī)械元件先用相應(yīng)的廣義元件替代，再將機(jī)械、液壓回路用相應(yīng)的廣義回路替代，通過復(fù)阻抗的分析方法來建立數(shù)學(xué)模型。（一）、基本概念30第三十頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三系統(tǒng)的動態(tài)微分方程由能量變化所決定。為了廣義回路代換機(jī)、電、液各回路后保證它們的微分方程不變，必須使代換前后它們的能量關(guān)系不變，即：

功率=廣義電流×廣義電壓只要把電壓U、壓力p和力F看成是一種廣義電壓，而把電流I、流量Q和速度V看成是一種廣義電流，那么機(jī)、液、電系統(tǒng)均可轉(zhuǎn)換成廣義系統(tǒng)，且保證代換前后的數(shù)學(xué)微分方程不變。31第三十一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三（二）、廣義復(fù)阻抗元件

電路的三種基本元件：電阻、電容、電感。電阻為耗能量元件；電容為儲存電勢能的元件；電感為儲存電動能的元件。

液壓回路中的三種基本元件：節(jié)流孔口、容積、流體質(zhì)量節(jié)流孔口（液阻）為耗能元件，為廣義電阻；工作容積、蓄能器（液容）儲存液壓勢能，為廣義電容；

管道中的流體質(zhì)量（液感）儲存液體的動能，為廣義電感。機(jī)械回路中的三種基本元件：阻尼器、彈簧、慣性質(zhì)量阻尼器為耗能元件，為廣義電阻；機(jī)械彈簧儲存機(jī)械勢能，為廣義電容；慣性質(zhì)量儲存機(jī)械動能，為廣義電感。

廣義復(fù)阻抗元件有：廣義電阻、廣義電容、廣義電感32第三十二頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三（三）、廣義復(fù)阻抗阻抗類型因子:n=0比例阻抗（耗能）n=1微分阻抗（動能）n=-1積分阻抗（勢能）33第三十三頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三34第三十四頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三

在電路中，由阻抗元件構(gòu)成的“子系統(tǒng)1”與“子系統(tǒng)2”之間可用“變壓器”聯(lián)接成復(fù)雜系統(tǒng)，兩子系統(tǒng)間通過“變壓器”來交換能量。

所謂“理想變壓器”，是指無功率損失，無漏感，可以變換直流電壓，且：原邊功率U1×I1=副邊功率U2×I2理想變壓器將電壓升高N倍的同時，其電流也將降低N倍，結(jié)果兩邊功率不變。它僅僅是一種將原邊能量變換到副邊能量的轉(zhuǎn)換元件。

變壓器不能放大功率，它只能起到阻抗變換的作用。

（四）、能量耦合（換能）元件——廣義變壓器1、理想變壓器的概念35第三十五頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三2、能量耦合元件（廣義變壓器）的種類機(jī)—液耦合元件有：液壓缸、液壓馬達(dá)、液壓泵。液壓缸為液P×Q——機(jī)F×V型換能元件；液壓馬達(dá)為液P×Q——機(jī)T×ω型換能元件；液壓泵為機(jī)T×ω

——液P×Q型換能元件。機(jī)—電耦合元件有：直流伺服電機(jī)、力馬達(dá)、力矩馬達(dá)。

直流伺服電機(jī)為電V×I——機(jī)T×ω

型換能元件；力馬達(dá)為電V×I——機(jī)F×V型換能元件；力矩馬達(dá)為電V×I——機(jī)T×ω

型換能元件。機(jī)—機(jī)耦合元件有：齒輪、杠桿。齒輪為機(jī)T1×ω1——機(jī)T2×ω2型換能元件；杠桿為機(jī)F1×V1——機(jī)F2×V2型換能元件。能量耦合元件有：電—電耦合、機(jī)—液耦合、機(jī)—電耦合、機(jī)—機(jī)耦合電—電耦合元件有：變壓器變壓器為電U1×I1

——機(jī)U2×I2型換能元件36第三十六頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三3、理想液壓缸的動態(tài)模型理想油缸PQ=Av廣義回路理想油缸數(shù)學(xué)模型37第三十七頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三4、理想液壓馬達(dá)的動態(tài)模型理想油馬達(dá)PQ=Tω廣義回路理想油馬達(dá)數(shù)學(xué)模型38第三十八頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三5、實際液壓缸的阻抗分離M液壓阻抗+理想油缸+機(jī)械阻抗實際油缸理想油缸液壓阻抗Z機(jī)機(jī)械阻抗39第三十九頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三6、耦合系統(tǒng)的阻抗變換次邊阻抗向原邊轉(zhuǎn)化原邊阻抗向次邊轉(zhuǎn)化廣義變壓器=功率等值傳遞+阻抗變換40第四十頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三M液阻、液容均可等效成機(jī)械阻尼和彈簧液壓阻抗等效成機(jī)械阻抗M廣義變壓器=功率等值傳遞+阻抗變換41第四十一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三廣義變壓器=功率等值傳遞+阻抗變換P105面42第四十二頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三7、齒輪傳動可等效為廣義變壓壓器阻抗計算時，次邊阻抗可向原邊轉(zhuǎn)化43第四十三頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三（五）、機(jī)械阻抗的等效廣義回路在機(jī)械廣義回路中：力并聯(lián)等于廣義電壓串聯(lián)；44第四十四頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三在機(jī)械廣義回路中：串聯(lián)機(jī)械網(wǎng)絡(luò)等于并聯(lián)廣義回路。（五）、機(jī)械阻抗的等效廣義回路45第四十五頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三液壓動力元件的型式主要有:四通閥控制缸——放大元件為四通閥，執(zhí)行元件為對稱缸；三通閥制控缸——放大元件為三通閥，執(zhí)行元件為差動缸；四通閥制控馬達(dá)——放大元件為四通閥，執(zhí)行元件為馬達(dá)；變量泵控制馬達(dá)——放大元件為變量泵，執(zhí)行元件為馬達(dá)。

液壓動力元件由放大元件和執(zhí)行元件（缸、馬達(dá)）構(gòu)成。執(zhí)行元件是將輸入的液壓功率轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率的機(jī)——液耦合（換能）元件，其模型類似于變壓器。4.4液壓動力元件的概念46第四十六頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三控制輸入控制輸出第四十七頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三控制輸入控制輸出閥缸閥不計泄漏和壓縮時動力元件的方框圖它是一個積分環(huán)節(jié)流量放大液壓——機(jī)械能量轉(zhuǎn)換第四十八頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三KqKcKqKc等價動態(tài)物理模型動態(tài)數(shù)學(xué)模型基本方程1、放大器的線性化流量方程第四十九頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三機(jī)械阻抗液壓阻抗液壓阻抗+理想油缸+機(jī)械阻抗實際油缸理想油缸實際液壓缸的阻抗分離MM2、油缸的液壓阻抗及流量連續(xù)性方程50第五十頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三方框圖簡化M理想油缸理想油缸51第五十一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三理想油缸理想油缸M機(jī)械阻抗缸液壓阻抗放大元件MS52第五十二頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三M慣性阻抗慣性阻抗彈性阻抗阻尼液壓容積可等效為機(jī)械彈簧Kh53第五十三頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三H54第五十四頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三理想放大元件油缸與閥阻抗構(gòu)成的振蕩環(huán)節(jié)理想油缸速度增益（質(zhì)量+液壓彈簧+泄漏）振蕩速度積分變位移55第五十五頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三56第五十六頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三控制傳遞函數(shù)57第五十七頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三MM液阻、液容均可等效成機(jī)械阻尼和彈簧液壓阻抗等效成機(jī)械阻抗這是一個彈簧質(zhì)量振蕩系統(tǒng)58第五十八頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三4.5控制系統(tǒng)的動態(tài)分析59第五十九頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三一、杠桿反饋的系統(tǒng)分析

第六十頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三-杠桿比較XP手XiX1X21、比較反饋原理X1指令baXi舵機(jī)位移-X2XPabXPXi舵機(jī)位移XV手動XV=X1-X261第六十一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三指令液壓動力元件擾動液壓缸飛機(jī)舵機(jī)XPXV伺服閥液壓能源pS飛機(jī)舵機(jī)XV2、文字方框圖XPXi比較杠桿舵機(jī)位移手動ab-杠桿比較Xi比較元件要求：1）與指令元件相連（手）2）與被控對象相連（舵機(jī)）3）與放大元件相連（閥芯）62第六十二頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三指令液壓動力元件擾動液壓缸飛機(jī)舵機(jī)XPXV伺服閥液壓能源-杠桿比較Xi動力元件-杠桿比較Xi3、方框圖第六十三頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三4、方框圖簡化動力元件-杠桿比較Xi開環(huán)傳遞函數(shù)第六十四頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三開環(huán)傳遞函數(shù)開環(huán)傳遞函數(shù)5、傳遞函數(shù)第六十五頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三6、波德圖的畫法第六十六頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三4.1外反饋機(jī)液伺服系統(tǒng)

7、穩(wěn)定性分析

幅值穩(wěn)定性裕量

1第六十七頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三開環(huán)傳遞函數(shù)第六十八頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三1、采用直接位置比較的液壓工作臺位置控制系統(tǒng)指令元件與閥芯相連受控對象與閥套相連Xi=X芯Xp=X套二、直接反饋系統(tǒng)的分析

內(nèi)反饋就是直接比較的位置反饋。69第六十九頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三閥芯與閥套控制框圖采用閥芯閥套直較方式擾動液壓缸Xv-位置比較Ka被控工作臺XP工作臺指令XiX芯X套1指令傳感器1反饋傳感器伺服閥70第七十頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期三2、液壓仿形刀架