液壓控制系統(tǒng)試卷B2010答案.doc

南京工程學院 共 5 第1頁試題評分標準及其參考答案(B)2010 /2011 學年 第 1 學期 課程所屬部門：機械工程學院 課程名稱： 液壓控制系統(tǒng) 使 用 班 級： 流體071 制作人： 夏慶章 2010/12/28 班級 學號 姓名 題號一二三四五六七八九十總分得分一、基本概念題（本題共5小題,每小題4分,共計20分 ） 1、在V-F平面上繪出負載軌跡和動力機構輸出特性，根據(jù)負載軌跡，只要使動力元件的輸出持性曲線能夠包圍負載軌跡，同時使輸出特性曲線與負載軌跡之間的區(qū)域盡量小，便認為液壓動力元件與負載相匹配。調整參數(shù)，使得被動力機構曲線包圍但不被負載軌跡包圍那部分區(qū)域的面積減至最小，此為按照負載匹配要求的最佳匹配，此時動力機構最大功率點恰好與負載消耗的最大功率點重合。（4分） 2、例如在舵機舵面控制系統(tǒng)中機械輸入量為杠桿上某點位移Xi，機械反饋量為舵機位移Xp，偏差量為閥芯位移Xv；當輸入信號加在杠桿上以后，閥芯立刻移動而有閥開口，負載流量便流入液壓缸而使得舵機立即運動，因為活塞桿與閥芯之間有杠桿連接，所以舵機運動又反過來影響閥芯運動，即形成負反饋。（4分）3、（4分） 4、穩(wěn)態(tài)液動力是在閥口開度一定的穩(wěn)定流動情況下，液流對閥芯的反作用力，指向閥口關閉的方向，大小為： 負阻尼長度如圖b示（4分） 5、液壓控制系統(tǒng)是以液壓動力元件作驅動裝置所組成的反饋控制系統(tǒng)（閉環(huán)控制系統(tǒng)），實現(xiàn)被控制量按輸入信號的給定規(guī)律變化的控制目的。而液壓傳動系統(tǒng)對被控制量不進行檢測，沒有反饋作用，當控制結果與希望值不一致時無修正能力，是開環(huán)控制系統(tǒng)。（4分）二、簡答題：（本題共3小題，合計為5+5+5=15分）1、液壓缸兩個工作腔內充滿高壓液體并且被完全封閉，由于液體是可壓縮性，當活塞受到外力作用位移，被壓縮液體產生復位力與活塞位移成比例，因此被壓縮液體的作用相當于一個線性液壓彈簧，其剛度稱為液壓彈簧剛度。實際上雖然伺服閥與液壓缸相連接，但是并不能將液壓缸兩個工作腔完全封閉，由于有閥系數(shù)Kc和泄漏作用，在穩(wěn)態(tài)時液壓彈簧并不存在。但是在動態(tài)時，在一定范圍內泄漏來不及起作用，液壓缸對外力的響應特性中表現(xiàn)出存在這樣一個液壓彈簧。所以，對于閥控制液壓缸來說，液壓彈簧剛度應當理解為“動態(tài)彈簧剛度”，而失去穩(wěn)態(tài)彈簧剛度。（5分）2、射流管閥是根據(jù)壓力能與速度能轉換原理工作的，滑閥、噴嘴擋板閥是根據(jù)節(jié)流原理工作的（5分）3、影響液壓阻尼比h因素很多，但除了Kce以外其他量已由別的因素確定，h值主要取決于Kce，在Kce中液壓缸總泄漏系數(shù)Ctp又較閥壓力-流量系數(shù)Kc小得多，h值主要由Kc決定。（5分）三、推導題：（本題共2小題，共15+10=25分）1、理想零開口四邊滑閥靜態(tài)特性方程推導如下。（15分） xv0時 xv0時 南京工程學院試卷 共 5 頁 第 2 頁南京工程學院試卷 共 5頁 第 3頁 零開口四邊閥的閥系數(shù) 2、1）閥流量方程 2）馬達流量方程 3）馬達和負載力矩平衡法方程四、回答下列問題：(本題共2小題，共15分) 1、由電液速度控制系統(tǒng)方塊圖以及開環(huán)伯德圖可見系統(tǒng)穩(wěn)定裕量為負，是不穩(wěn)定的，即使將系統(tǒng)開環(huán)增益Ko值調到很低，系統(tǒng)相位和福頻裕量都趨于負值，使得系統(tǒng)不穩(wěn)定，即使勉強維持穩(wěn)定，系統(tǒng)也談不上什么精度，所以為了使得系統(tǒng)有穩(wěn)定裕度，必須加校正環(huán)節(jié)。實現(xiàn)校正的最簡單辦法是在伺服閥前的電子放大器電路中串連一個RC滯后網(wǎng)絡。其傳遞函數(shù)Uo/Ui=1/(TcS+1),Tc=RC為時間常數(shù)。加滯后校正對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能改善很顯著，但是降低系統(tǒng)的帶寬，使得響應速度變慢。采用RC滯后網(wǎng)絡校正的系統(tǒng)仍然是零型有差系統(tǒng)。為了提高精度可采用積分放大器校正，使得系統(tǒng)變成型無差系統(tǒng)。（5分） 未校正的速度控制系統(tǒng)方塊圖（1分） 校正后的速度控制系統(tǒng)方塊圖（1分）南京工程學院試卷 共 5頁 第 4頁未校正的速度控制系統(tǒng)開環(huán)伯德圖（2分）校正后的速度控制系統(tǒng)開環(huán)伯德圖（1分）2、液壓阻尼比h隨著工況的改變會發(fā)生很大變化。零位區(qū)域時h0.10.2，當速度和負載較大時可使h大于1，其變化幅度達2030倍。為了使得伺服系統(tǒng)得到滿意的瞬態(tài)響應特性，總是希望h大些而且恒定。提高液壓阻尼比的簡單方法有采用正開口閥，加大閥預開口量，提高零位閥系數(shù)Kco值，減少Kc變化范圍，從而使得h值大，而變化范圍?。徊捎门月沸孤?，在液壓缸兩個腔之間認為設置輔助泄漏通道，并且用可變節(jié)流閥調節(jié)阻尼，加大Ctc，提高Kce；增大負載的粘性阻尼，在負載結構上設置粘性阻尼器，增大Bp。（5分）五、分析計算題 (本題共2小題，共25分)1、(1) 閥的三個零位閥系數(shù)分別為Kqo=CdW(Ps/) =0.623.1412/1000(410/900) =1.557/s（1.5分）Kco=rcW/32=3.14512100/10321.4=6.60210m/pa.s（1.5分）Kpo=Kqo/Kco=1.557/6.60210pa /m（1.5分）(2) Kq=CdW(PsPL)/) =0.623.1412/10(42.6)10/900) =0.92/s（1.5分）Kc= CdWXv(PsPL)/) /2(PsPL)= QL/2(PsPL)=16/2(42.6)10=9.5210m/pa.s（1.5分） QL= CdWXv(PsPL)/) （1分）Kp=Kq/Kc=9.6610 pa /m（1.5分） -南京工程學院試卷 共 5 頁 第 5頁2、系統(tǒng)開環(huán)增益為Ko=0.0530601.2530.175=100 （1分） 即20LgKo=40dB（1分）系統(tǒng)開環(huán)伯德圖如下 （3分） 從圖中可見,系統(tǒng)穩(wěn)定裕量為負，是不穩(wěn)定的，即使將系統(tǒng)開環(huán)增益Ko值調到很低，系統(tǒng)相位和福頻裕量都趨于負值，使得系統(tǒng)不穩(wěn)定，即使勉強維持穩(wěn)定，系統(tǒng)也談不上什么精度，所以為了使得系統(tǒng)有穩(wěn)定裕度，必須加校正環(huán)節(jié)。今在速度回路中，用運算放大器組成積分放大器代替原來放大器，積分放大器見圖，其傳遞函數(shù)為Gc(s)=1/Ts,T=RC積分時間常數(shù)取T=20，所以Gc(s)=00.05/s, 校正后的速度控制系統(tǒng)方塊圖以及校正前后的速度控制系統(tǒng)開環(huán)伯德圖。未校正時系穿越頻率雖