液壓控制系統(tǒng)王春行版課后題答案

1、第二章思考題1、為什么把液壓控制閥稱為液壓放大元件？答：因?yàn)橐簤嚎刂崎y將輸入的機(jī)械信號(hào)（位移）轉(zhuǎn)換為液壓信號(hào)（壓力、流量）輸 出，并進(jìn)行功率放大，移動(dòng)閥芯所需要的信號(hào)功率很小，而系統(tǒng)的輸出功率卻可以 很大。2、什么是理想滑閥？什么是實(shí)際滑閥？答：理想滑閥是指徑向間隙為零，工作邊銳利的滑閥。實(shí)際滑閥是指有徑向間隙，同時(shí)閥口工作邊也不可避免地存在小圓角的滑閥。4、什么叫閥的工作點(diǎn)？零位工作點(diǎn)的條件是什么？答：閥的工作點(diǎn)是指壓力-流量曲線上的點(diǎn)，即穩(wěn)態(tài)情況下，負(fù)載壓力為Pl，閥位移xV時(shí)，閥的負(fù)載流量為qL的位置。零位工作點(diǎn)的條件是 qL=pL=xV=0。5、在計(jì)算系統(tǒng)穩(wěn)定性、響應(yīng)特性和穩(wěn)態(tài)誤差時(shí)，

2、應(yīng)如何選定閥的系數(shù)？為什么？答：流量增益Kq二旦，為放大倍數(shù)，直接影響系統(tǒng)的幵環(huán)增益。Xv流量-壓力系數(shù)=-業(yè)，直接影響閥控執(zhí)行元件的阻尼比和速度剛度。Pl壓力增益Kp二旦，表示閥控執(zhí)行元件組合啟動(dòng)大慣量或大摩擦力負(fù)載的能力Xv當(dāng)各系數(shù)增大時(shí)對(duì)系統(tǒng)的影響如下表所示。穩(wěn)定性響應(yīng)特性穩(wěn)態(tài)誤差7、徑向間隙對(duì)零幵口滑閥的靜態(tài)特性有什么影響？為什么要研究實(shí)際零幵口滑閥的 泄漏特性?答：理想零幵口滑閥Kco=OKpo=，而實(shí)際零幵口滑閥由于徑向間隙的影響，存在泄漏流量K育兩者相差很大理想零幵口滑閥實(shí)際零幵口滑閥因有徑向間隙和工作邊的小圓角，存在泄漏， 泄漏特性決定了閥的性能，用泄漏流量曲線可以度量閥芯在中

3、位時(shí)的液壓功率損失 大小，用中位泄漏流量曲線來判斷閥的加工配合質(zhì)量。9、什么是穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力？什么是瞬態(tài)液動(dòng)力？ 答：穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力是指，在閥口幵度一定的穩(wěn)定流動(dòng)情況下，液流對(duì)閥芯的反作用力瞬態(tài)液動(dòng)力是指，在閥芯運(yùn)動(dòng)過程中，閥幵口量變化使通過閥口的流量發(fā)生變 化，引起閥腔內(nèi)液流速度隨時(shí)間變化，其動(dòng)量變化對(duì)閥芯產(chǎn)生的反作用力習(xí)題徑向間隙rc=5 10-6m，供流量系數(shù) Cd=0.62，求閥1、有一零幵口全周通油的四邊滑閥，其直徑 d=8 10-3m , 油壓力Ps=70 105Pa，采用10號(hào)航空液壓油在40C工作, 的零位系數(shù)。解：零幵口四邊滑閥的零位系數(shù)為:32零位壓力增益Kp02將數(shù)據(jù)代入得2、已

4、知一正幵口量U=0.05 10-3m的四邊滑閥，在供油壓力 泄露流量qc=5 L/in，求閥的三個(gè)零位系數(shù)。解：正幵口四邊滑閥的零位系數(shù)為：Ps=70 105Pa下測(cè)得零位零位流量增益心尋零位流量-壓力系數(shù)Kc0Qc2ps零位壓力增益KpoKq0 2psK0 U將數(shù)據(jù)代入得第三章思考題1、什么叫液壓動(dòng)力元件？有哪些控制方式？有幾種基本組成類型？答：液壓動(dòng)力元件（或稱為液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)）是由液壓放大元件（液壓控制元件）和 液壓執(zhí)行元件組成的?？刂品绞娇梢允且簤嚎刂崎y，也可以是伺服變量泵。有四種 基本形式的液壓動(dòng)力元件：閥控液壓缸、閥控液壓馬達(dá)、泵控液壓缸和泵控液壓馬 達(dá)。4、何謂液壓彈簧剛度？為什么

5、要把液壓彈簧剛度理解為動(dòng)態(tài)剛度？答：液壓彈簧剛度 Kh 4邑，它是液壓缸兩腔完全封閉由于液體的壓縮性所形成Vt的液壓彈簧的剛度。因?yàn)橐簤簭椈蓜偠仁窃谝簤焊變汕煌耆忾]的情況下推導(dǎo)出來 的，實(shí)際上由于閥的幵度和液壓缸的泄露的影響，液壓缸不可能完全圭寸閉，因此在 穩(wěn)態(tài)下這個(gè)彈簧剛度是不存在的。但在動(dòng)態(tài)時(shí)，在一定的頻率范圍內(nèi)泄露來不及起 作用，相當(dāng)于一種封閉狀態(tài)，因此液壓彈簧剛度應(yīng)理解為動(dòng)態(tài)剛度。習(xí)題1、有一閥控液壓馬達(dá)系統(tǒng)，已知：液壓馬達(dá)排量為Dm=6 10-6m/ad，馬達(dá)容積效率為95%額定流量為qn=6.66 10-4 m，額定壓力Pn=140 105Pa，高低壓腔總?cè)莘eVt=3 10-4m

6、3。拖動(dòng)純慣性負(fù)載，負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為Jt=0.2kg m2，閥的流量增益Kq=4 m2S，流量-壓力系數(shù)Kc=1.5 10-16m/S Pa，液體等效體積彈性模量e=7 10Pa試求出以閥芯位移Xv為輸入，液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)角m為輸出的傳遞函數(shù)。解：由閥控液壓馬達(dá)的三個(gè)基本方程可得XvMJt s32s 4Dm馬達(dá)的容積效率得Gmqn 1Pn代入數(shù)據(jù)得KqDmJt Kc Cqn qqn2.38 10 12tm 2sm3. sPa6.67 105q CtmPn4 2 2Xvs 5.95 10 s 1.32 10 s 12、閥控液壓缸系統(tǒng)，液壓缸面積Ap=150 10-4m2，活塞行程L=0.6m，閥至液壓缸

7、的連接管路長度l=1m，管路截面積a=1.77 10-4m2負(fù)載質(zhì)量mt=2000kg，閥的流量-壓力系數(shù)Kc=5.2 10-12 m3s Pa。求液壓固有頻率h和液壓阻尼比 h。計(jì)算時(shí)，取解：總壓縮體積Vt ApLal 9.177 10 3m3管道中油液的等效質(zhì)量m0 al 與 1106kga則折算到活塞上的總質(zhì)量 mt mt+mo+mi 3113kg所以液壓固有頻率148.5rad . s液壓阻尼比4、有一四邊滑閥控制的雙作用液壓缸，直接拖動(dòng)負(fù)載作簡諧運(yùn)動(dòng)。已知：供油壓力Ps 140 io5Pa，負(fù)載質(zhì)量mt 300kg，負(fù)載位移規(guī)律為Xp XmSin t，負(fù)載移動(dòng)的最大振幅Xm 8 10

8、 2m，角頻率 30rad s。試根據(jù)最佳負(fù)載匹配求液壓缸面積和四邊閥的最大幵面積 WxVm。計(jì)算時(shí)，取Cd 0.62，870kg/m3。解：負(fù)載速度l &pXmcos t負(fù)載力Flmt&pmtxm 2sin t功率N1 32Fl l -mt xmsin2 t2則在2 t二一時(shí)，負(fù)載功率最大2最大功率點(diǎn)的負(fù)載力 Fl 2 mtXm2最大功率點(diǎn)的負(fù)載速度Xm故液壓缸面積Ap*Fl321.64 10 m由于最大空載流量Ps3qom Ap L CdW. Ps可求得四邊閥的最大幵面積rmwxAVi6.13 10 5m2第四章思考題1、什么是機(jī)液伺服系統(tǒng)？機(jī)液伺服系統(tǒng)有什么優(yōu)缺點(diǎn)？答：由機(jī)械反饋裝置和液

9、壓動(dòng)力元件所組成的反饋控制系統(tǒng)稱為機(jī)械液壓伺服系統(tǒng)。機(jī)液伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、容易維護(hù)。2、為什么機(jī)液位置伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性、 響應(yīng)速度和控制精度由液壓動(dòng)力元件的特性所定？答：為了使系統(tǒng)穩(wěn)定，Kv ( 0.20.4 ) h，穿越頻率c稍大于幵環(huán)放大系數(shù)Kv而系 統(tǒng)的頻寬又稍大于c，即幵環(huán)放大系數(shù)越大，系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快，系統(tǒng)的控制精度也越高，而Kv取決于Kf、Kq、Ap，所以說機(jī)液位置伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度 和控制精度由液壓動(dòng)力元件的特性所定。3、為什么在機(jī)液位置伺服系統(tǒng)中，閥流量增益的確定很重要?答：開環(huán)放大系數(shù)越大，系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快，系統(tǒng)的控制精度也越高，而Kv 取決于Kf、Kq

10、、A ,在單位反饋系統(tǒng)中，Kv僅由Kq和A所確定，而A主要由負(fù)載的要求 確定的，因此Kv主要取決于Kq，所以在機(jī)液位置伺服系統(tǒng)中， 閥流量增益的確定很 重要。5、低阻尼對(duì)液壓伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性有什么影響？如何提高系統(tǒng)的阻尼？這些方法 各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？答：低阻尼是影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和限制系統(tǒng)頻寬的主要因素之一。提高系統(tǒng)的阻尼 的方法有以下幾種：1） 設(shè)置旁路泄露通道。 在液壓缸兩個(gè)工作腔之間設(shè)置旁路通道增加泄露系數(shù)Ctp。 缺點(diǎn)是增大了功率損失，降低了系統(tǒng)的總壓力增益和系統(tǒng)的剛度，增加外負(fù)載力引 起的誤差。另外，系統(tǒng)性能受溫度變化的影響較大。2）采用正開口閥，正開口閥的 Kc0 值大，可以增加阻尼

11、，但也要使系統(tǒng)剛度降 低，而且零位泄漏量引起的功率損失比第一種辦法還要大。另外正開口閥還要帶來 非線性流量增益、穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力變化等問題。3）增加負(fù)載的粘性阻尼。需要另外設(shè)置阻尼器，增加了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。4）在液壓缸兩腔之間連接一個(gè)機(jī) - 液瞬態(tài)壓力反饋網(wǎng)絡(luò)， 或采用壓力反饋或動(dòng)壓 反饋伺服閥。6、考慮結(jié)構(gòu)剛度的影響時(shí)，如何從物理意義上理解綜合剛度？ 答：結(jié)構(gòu)感度與負(fù)載質(zhì)量構(gòu)成一個(gè)結(jié)構(gòu)諧振系統(tǒng)， 而結(jié)構(gòu)諧振與液壓諧振相互耦合，又形成一個(gè)液壓-機(jī)械綜合諧振系統(tǒng)。該系統(tǒng)的綜合剛度Kn是液壓彈簧剛度Kh和結(jié)構(gòu)剛度Ksi、Ks2串聯(lián)后的剛度，它小于液壓彈簧剛度和結(jié)構(gòu)剛度。7、考慮連接剛度時(shí)，反饋連接點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)

12、的穩(wěn)定性有什么影響？答：1）全閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)于慣性比較小和結(jié)構(gòu)剛度比較大的伺服系統(tǒng)，s h，因而可以認(rèn)為液壓固有頻率就是綜合諧振頻率。此時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)定性由液壓固有頻率h和液壓阻尼比n所限制。有些大慣量伺服系統(tǒng)，往往是sVV h，此時(shí)，綜合諧振頻率就近似等于結(jié)構(gòu)諧振頻率，結(jié)構(gòu)諧振頻率成為限制整個(gè)液壓伺服系統(tǒng)頻寬的主要因素。2）半閉環(huán)系統(tǒng)如果反饋從活塞輸出端 Xp引出構(gòu)成半閉環(huán)系統(tǒng)，此時(shí)幵環(huán)傳遞函數(shù)中含有二 階微分環(huán)節(jié)，當(dāng)諧振頻率s2與綜合諧振頻率 n靠的很近時(shí)，反諧振二階微分環(huán)節(jié) 對(duì)綜合諧振有一個(gè)對(duì)消作用， 使得綜合諧振峰值減小，從而改善了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。1、習(xí)題320ra%，阻尼比如圖4-15所示的機(jī)

13、液位置伺服系統(tǒng)，供油壓力ps 20 105Pa，滑閥面積梯度2 10 2m，液壓缸面積Ap 20 104m2，液壓固有頻率h0.2。求增益裕量為 6dB時(shí)反饋杠桿比Kf “為多少？計(jì)算時(shí)，取 Cd 0.62，l2870解：由圖可得：Xv kjXj kfXp其中kJl2又因?yàn)?kg20lgkv2 h h所以kf出0.22kq壓力系數(shù)Kc，活塞面，油的體積彈性模量2、如圖4-16所示機(jī)液伺服系統(tǒng)，閥的流量增益為Kq，流量積Ap，活塞桿與負(fù)載連接剛度 Ks，負(fù)載質(zhì)量mL，總壓縮容積 e，閥的輸入位移Xi，活塞輸出位移Xp，求系統(tǒng)的穩(wěn)定條件。解：由圖可知，該系統(tǒng)為半閉環(huán)系統(tǒng)，且半閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定條件為其

14、中：綜合阻尼比n綜合諧振頻率結(jié)構(gòu)諧振頻率液壓彈簧剛度Kh4 eA1 2Vt幵環(huán)放大系數(shù)KvKqKfAp反饋放大系數(shù)Kf譏綜上所述，將各系數(shù)代入不等式，可得系統(tǒng)的穩(wěn)定條件為:第五章1、已知電液伺服閥在線性區(qū)域內(nèi)工作時(shí)，輸入差動(dòng)電流i 10mA，負(fù)載壓力Pl 20 105Pa，負(fù)載流量qL 60L min。求此電液伺服閥的流量增益及壓力增益。解：電液伺服閥的流量增益為壓力增益Kp2、已知一電液伺服閥的壓力增益為5 105P%a，伺服閥控制的液壓缸面積為A 50 10 4m2。要求液壓缸輸出力F 5 104N，伺服閥輸入電流i為多少?解：負(fù)載壓力PlFAp1 107Pa則伺服閥輸入電流i巴 20mA

15、Kp5、已知電液伺服閥額定流量為 10%)n，額定壓力為210 105Pa，額定電流10mA 功率滑閥為零幵口四邊滑閥，其零位泄露流量為額定流量的4%伺服閥控制的雙作用液壓缸Ap 20 10 4m2，當(dāng)伺服閥輸入電流為0.1mA時(shí)，求液壓缸最大輸出速度和 最大輸出力。解：流量增益 KIn流量-壓力系數(shù)生心3.17 103Pn PnPa壓力增益KpKqKC5.25 1010paA負(fù)載流量為 qL Kq1.67 10 6 m3S則液壓缸最大輸出速度為Vmax嚴(yán) 8.33 10 4 ms最大輸出力為FmaxPl i Ap 1.05 104 N第六章思考題6、未加校正的液壓伺服系統(tǒng)有什么特點(diǎn)？答：液壓

16、位置伺服系統(tǒng)的幵環(huán)傳遞函數(shù)通?？梢院喕癁橐粋€(gè)積分環(huán)節(jié)和一個(gè)振蕩環(huán)節(jié)，而液壓阻尼比一般都比較小，使得增益裕量不足，相位裕量有余。另一個(gè)特點(diǎn)是參數(shù)變化較大，特別是阻尼比隨工作點(diǎn)變動(dòng)在很大范圍內(nèi)變化。7、為什么電液伺服系統(tǒng)一般都要加校正裝置？在電液位置伺服系統(tǒng)中加滯后校正、速度與加速度反饋校正、壓力反饋和動(dòng)壓反饋校正的主要目的是什么？答：因?yàn)樵陔娨核欧到y(tǒng)中，單純靠調(diào)整增益往往滿足不了系統(tǒng)的全部性能指標(biāo)，所以就要在系統(tǒng)中加校正裝置。加滯后校正的主要目的通過提高低頻段增益，減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，或者在保證 系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度的條件下，通過降低系統(tǒng)高頻段的增益，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。減少速度反饋回加速度與加速度反

17、饋校正的主要目的是提高主回路的靜態(tài)剛度, 路內(nèi)的干擾和非線性的影響，提高系統(tǒng)的靜態(tài)精度。加壓力反饋和動(dòng)壓反饋的目的是提高系統(tǒng)的阻尼8、電液速度控制系統(tǒng)為什么一定要加校正？加滯后校正和加積分校正有什么不同？答：系統(tǒng)在穿越頻率c處的斜率為 40dB；10oct，因此相位裕量很小，特別是在阻尼比n較小時(shí)更是如此。這個(gè)系統(tǒng)雖屬穩(wěn)定，但是在簡化的情況下得出的。如果在c和h之間有其它被忽略的環(huán)節(jié)，這時(shí)穿越頻率處的斜率將變?yōu)?0d B 10dec或80dB 10dec，系統(tǒng)將不穩(wěn)定。即使幵環(huán)增益K。1，系統(tǒng)也不易穩(wěn)定，因此速度控制系統(tǒng)必須加校正才能穩(wěn)定工作。加滯后校正的系統(tǒng)仍然是零型系統(tǒng)，加積分校正的系統(tǒng)為

18、I型無差系統(tǒng)9、在力控制系統(tǒng)中負(fù)載剛度對(duì)系統(tǒng)特性有何影響？影響了哪些參數(shù)?答: 1) K Kh，即負(fù)載剛度遠(yuǎn)大于液壓彈簧剛度。此時(shí)KceKhAP2二階振蕩環(huán)節(jié)與二階微分環(huán)節(jié)近似對(duì)消，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性主要由液體壓縮性形成的慣性環(huán)節(jié)決定。即負(fù)載剛度遠(yuǎn)小于液壓彈簧剛度。此時(shí)，KceKA2 ) K Khr、 m、0都要降低，但r和m降低要習(xí)題1、如圖6-39所示電液位置伺服系統(tǒng)，已知：Kq=20 10-6 myS mA，Dm=5 106m/ad ,，h=100ra%，h=0.225。求:n=0.03 10-2，Kf=50vm1 ）系統(tǒng)臨界穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的放大器增益Ka為多少？2）幅值裕量為6dB時(shí)的Ka為多少？3）