新型液壓元件及集成技術(shù)(第2章)

1、新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件新型液壓元件 與集成技術(shù)與集成技術(shù) (New-type Hydraulic Component & Integrated Technology) (New-type Hydraulic Component & Integrated Technology) 授課教師：龍威新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓

2、元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 掌握新型液壓元件（插裝閥、疊加閥、數(shù)字元件等）的工作原理、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 了解和掌握新型液壓元件及系統(tǒng)中的比例控制技術(shù)了解和掌握新型液壓元件及系統(tǒng)中的比例控制技術(shù)了解和掌握新型液壓元件及系統(tǒng)中的數(shù)字控制技術(shù) 了解和掌握新型液壓元件及系統(tǒng)的集成技術(shù)等學(xué)科理論和知識 了解采用新型液壓元件的液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法對新型液壓元件有一個(gè)初步的認(rèn)識和了解，并掌握相關(guān)知識新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液

3、壓元件新型液壓元件及集成技術(shù)及集成技術(shù)新型液壓閥與集成系統(tǒng)電液比例技術(shù)的基礎(chǔ)理論液壓控制放大器電液比例控制系統(tǒng)與集成技術(shù)插裝閥及其集成技術(shù)數(shù)字式液壓元件與集成技術(shù) 液壓元件疊加集成技術(shù)新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 控制系統(tǒng)所要解決的問題是，設(shè)計(jì)一個(gè)控制器控制系統(tǒng)所要解決的問題是，設(shè)計(jì)一個(gè)控制器（校正裝置），使閉環(huán)系統(tǒng)保持內(nèi)穩(wěn)定性，同時(shí)（校正裝置），使閉環(huán)系統(tǒng)保持內(nèi)穩(wěn)定性，同時(shí)使系統(tǒng)到達(dá)一定的性能指標(biāo)要求。使系統(tǒng)到達(dá)一定的性能指標(biāo)要求。 經(jīng)典

4、控制理論是一種單回路線性控制理論，只適經(jīng)典控制理論是一種單回路線性控制理論，只適用于單輸入單輸出控制系統(tǒng)。主要研究對象是單用于單輸入單輸出控制系統(tǒng)。主要研究對象是單變量常系數(shù)線性系統(tǒng)，系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型簡單，基本變量常系數(shù)線性系統(tǒng)，系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型簡單，基本分析和綜合方法是基于頻率法和圖解法。分析和綜合方法是基于頻率法和圖解法。新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 從研究的對象來看：從研究的對象來看： 一般經(jīng)典控制理論只是對單輸入單輸出線性定常系一般經(jīng)典控制

5、理論只是對單輸入單輸出線性定常系統(tǒng)的分析與綜合是有成效的?，F(xiàn)代控制理論則可適用于線統(tǒng)的分析與綜合是有成效的?，F(xiàn)代控制理論則可適用于線性和非線性、定常和時(shí)變、單變量和多變量、連續(xù)和離散性和非線性、定常和時(shí)變、單變量和多變量、連續(xù)和離散系統(tǒng)。現(xiàn)代控制理論適用領(lǐng)域的擴(kuò)大，使其成為更有普遍系統(tǒng)?，F(xiàn)代控制理論適用領(lǐng)域的擴(kuò)大，使其成為更有普遍性的理論。性的理論。 從使用的數(shù)學(xué)工具來看：從使用的數(shù)學(xué)工具來看： 由于經(jīng)典控制理論主要限于處理單變量的線性定常問由于經(jīng)典控制理論主要限于處理單變量的線性定常問題，反映到數(shù)學(xué)上就是題，反映到數(shù)學(xué)上就是單變量的常系數(shù)微分方程單變量的常系數(shù)微分方程問題，因問題，因此拉氏變

6、換就成了它的主要數(shù)學(xué)工具，數(shù)學(xué)模型是此拉氏變換就成了它的主要數(shù)學(xué)工具，數(shù)學(xué)模型是傳遞函傳遞函數(shù)數(shù)?，F(xiàn)代控制理論要處理多變量問題，因此?，F(xiàn)代控制理論要處理多變量問題，因此矩陣和向量空矩陣和向量空間理論間理論是它的主要數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。數(shù)學(xué)模型是是它的主要數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。數(shù)學(xué)模型是狀態(tài)空間方程狀態(tài)空間方程。 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 從研究對象的出發(fā)點(diǎn)來看：從研究對象的出發(fā)點(diǎn)來看： 經(jīng)典控制理論是一種經(jīng)典控制理論是一種頻域頻域方法，它以系統(tǒng)的輸出輸入方法

7、，它以系統(tǒng)的輸出輸入特性作為研究的依據(jù)；現(xiàn)代控制理論的本質(zhì)是一種特性作為研究的依據(jù)；現(xiàn)代控制理論的本質(zhì)是一種時(shí)域時(shí)域方方法，它是建立在狀態(tài)變量描述方法基礎(chǔ)上的。因此，經(jīng)典法，它是建立在狀態(tài)變量描述方法基礎(chǔ)上的。因此，經(jīng)典控制理論著眼于系統(tǒng)的輸出，而現(xiàn)代控制理論則著眼于系控制理論著眼于系統(tǒng)的輸出，而現(xiàn)代控制理論則著眼于系統(tǒng)的狀態(tài)。統(tǒng)的狀態(tài)。 從對控制目標(biāo)上來看：從對控制目標(biāo)上來看： 經(jīng)典控制理論是在給定一類特定的輸入情況下，分析經(jīng)典控制理論是在給定一類特定的輸入情況下，分析輸出的響應(yīng)。在綜合問題上，是根據(jù)給定的某種指標(biāo)來設(shè)輸出的響應(yīng)。在綜合問題上，是根據(jù)給定的某種指標(biāo)來設(shè)計(jì)系統(tǒng)的計(jì)系統(tǒng)的校正網(wǎng)絡(luò)

8、校正網(wǎng)絡(luò)?？傊?jīng)典控制理論著眼于系統(tǒng)外部?？傊?，經(jīng)典控制理論著眼于系統(tǒng)外部聯(lián)系?，F(xiàn)代控制理論則主要揭示系統(tǒng)對控制相初始狀態(tài)的聯(lián)系。現(xiàn)代控制理論則主要揭示系統(tǒng)對控制相初始狀態(tài)的依賴關(guān)系，指出其可能影響的性質(zhì)和程度，揭示系統(tǒng)在一依賴關(guān)系，指出其可能影響的性質(zhì)和程度，揭示系統(tǒng)在一定的指標(biāo)提法和其它限制條件下可能達(dá)到的最佳狀態(tài)，即定的指標(biāo)提法和其它限制條件下可能達(dá)到的最佳狀態(tài)，即最優(yōu)控制最優(yōu)控制。 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 從控制器來看：從控

9、制器來看： 經(jīng)典控制理論的控制器即校正裝置，是由能實(shí)現(xiàn)典型控經(jīng)典控制理論的控制器即校正裝置，是由能實(shí)現(xiàn)典型控制規(guī)律的調(diào)節(jié)器構(gòu)成的。而現(xiàn)代控制理論的控制器則是能實(shí)制規(guī)律的調(diào)節(jié)器構(gòu)成的。而現(xiàn)代控制理論的控制器則是能實(shí)現(xiàn)任意控制規(guī)律的數(shù)字機(jī)?，F(xiàn)任意控制規(guī)律的數(shù)字機(jī)。 從內(nèi)容上看：從內(nèi)容上看： 經(jīng)典控制理論的基本內(nèi)容有時(shí)域法、頻率法、根軌跡法、經(jīng)典控制理論的基本內(nèi)容有時(shí)域法、頻率法、根軌跡法、描述函數(shù)法、相平面法、代數(shù)與幾何穩(wěn)定判據(jù)、校正網(wǎng)絡(luò)設(shè)描述函數(shù)法、相平面法、代數(shù)與幾何穩(wěn)定判據(jù)、校正網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)等研究的主要問題是計(jì)等研究的主要問題是穩(wěn)定性問題穩(wěn)定性問題?，F(xiàn)代控制理論的基本?，F(xiàn)代控制理論的基本內(nèi)容有線

10、性系統(tǒng)基本理論、系統(tǒng)辨識、最優(yōu)控制問題、自適內(nèi)容有線性系統(tǒng)基本理論、系統(tǒng)辨識、最優(yōu)控制問題、自適應(yīng)控制問題及最佳濾波問題等，研究的主要問題是應(yīng)控制問題及最佳濾波問題等，研究的主要問題是最優(yōu)化問最優(yōu)化問題題。 經(jīng)典控制理論所考慮的系統(tǒng)性能包括瞬態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性經(jīng)典控制理論所考慮的系統(tǒng)性能包括瞬態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能，其設(shè)計(jì)方法基本上是一種圖解法、試湊法，難以對系統(tǒng)能，其設(shè)計(jì)方法基本上是一種圖解法、試湊法，難以對系統(tǒng)的性能指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化處理?，F(xiàn)代控制理論是一種嚴(yán)格的數(shù)學(xué)的性能指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化處理?，F(xiàn)代控制理論是一種嚴(yán)格的數(shù)學(xué)解析方法，可實(shí)現(xiàn)性能指標(biāo)的最優(yōu)化，以期達(dá)到最佳的控制解析方法，可實(shí)現(xiàn)性能指標(biāo)的最優(yōu)化，以

11、期達(dá)到最佳的控制效果。效果。新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 為了研究自動控制系統(tǒng)，經(jīng)常需要求解描述系統(tǒng)的線性為了研究自動控制系統(tǒng)，經(jīng)常需要求解描述系統(tǒng)的線性微分方程式，按照一般方法求解，比較麻煩，特別是求微分方程式，按照一般方法求解，比較麻煩，特別是求解高階微分方程時(shí)就更加困難。采用解高階微分方程時(shí)就更加困難。采用拉普拉斯變換拉普拉斯變換方法方法可使方程的求解簡化?？墒狗匠痰那蠼夂喕?。 拉氏變換實(shí)際上是一種函數(shù)變換，它是將時(shí)間域的原函拉氏變換

12、實(shí)際上是一種函數(shù)變換，它是將時(shí)間域的原函數(shù)數(shù)f(t)變換成復(fù)變量變換成復(fù)變量s域的象函數(shù)域的象函數(shù)F(S)，將時(shí)間域的微分，將時(shí)間域的微分方程變換成復(fù)數(shù)域的代數(shù)方程，然后通過代數(shù)運(yùn)算，求方程變換成復(fù)數(shù)域的代數(shù)方程，然后通過代數(shù)運(yùn)算，求出變量為出變量為s的代數(shù)方程解，再通過反變換得到變量為的代數(shù)方程解，再通過反變換得到變量為t的的原函數(shù)的解。原函數(shù)的解。 0stL f tf t edtF s新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 從數(shù)學(xué)上分析，并不是任

13、何一個(gè)函數(shù)都可以利用拉氏變換的，從數(shù)學(xué)上分析，并不是任何一個(gè)函數(shù)都可以利用拉氏變換的，它必須滿足一定的條件，即：它必須滿足一定的條件，即： （1）當(dāng)）當(dāng)t0, f (t)=0 （2）在任一有限區(qū)間上，分段連續(xù)、且有有限個(gè)間斷點(diǎn)。）在任一有限區(qū)間上，分段連續(xù)、且有有限個(gè)間斷點(diǎn)。在工程技術(shù)上，如研究自動控制系統(tǒng)時(shí)，許多以時(shí)間在工程技術(shù)上，如研究自動控制系統(tǒng)時(shí)，許多以時(shí)間t作為自作為自變量的函數(shù)往往在變量的函數(shù)往往在t0時(shí)是無意義的或根本不需要考慮時(shí)是無意義的或根本不需要考慮,也就也就是是t 0時(shí)是可微的則 nnndftLsFsd t 上式表明通過拉氏變換可以將微分運(yùn)算變成乘積 運(yùn)算，例如下列微分方

14、程可以通過拉氏變換變?yōu)?. .22TyTyyxt22Ts2T s + 1YsXs 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)

15、昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 傳遞函數(shù)是描述和研究自動控制系統(tǒng)的重要工具，實(shí)質(zhì)傳遞函數(shù)是描述和研究自動控制系統(tǒng)的重要工具，實(shí)質(zhì)上它是將時(shí)間函數(shù)內(nèi)的微分方程通過拉氏變換而轉(zhuǎn)換到復(fù)數(shù)上它是將時(shí)間函數(shù)內(nèi)的微分方程通過拉氏變換而轉(zhuǎn)換到復(fù)數(shù)域中。它的最大優(yōu)點(diǎn)是解算方便，并能直觀形象地表示出元域中。它的最大優(yōu)點(diǎn)是解算方便，并能直觀形象地表示出元件或系統(tǒng)各變量間的數(shù)學(xué)關(guān)系。件或系統(tǒng)各變量間的數(shù)學(xué)關(guān)系。新型液壓元件及

16、集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 如果一個(gè)系統(tǒng)或元件的輸出量與輸入量的初始條件都為零， 則它們的拉氏變換之比稱為傳遞函數(shù)。設(shè)系統(tǒng)的輸入量為xt， 輸出量為yt，則它的傳遞函數(shù)Ws是指初始條件為零時(shí)， 設(shè)系統(tǒng)輸出量的拉氏變換為Ys，輸入量的拉氏變換為Xs， 則其傳遞函數(shù)Ws為 LytYsWsXsLxt 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流

17、體傳動與控制技術(shù)模塊課程 傳遞函數(shù)表示了從輸入到輸出之間在復(fù)域中信息的傳遞關(guān)系，傳遞函數(shù)表示了從輸入到輸出之間在復(fù)域中信息的傳遞關(guān)系，表達(dá)了系統(tǒng)本身的表達(dá)了系統(tǒng)本身的固有特性固有特性，與輸入量和初始條件等外部因，與輸入量和初始條件等外部因素?zé)o關(guān)。而系統(tǒng)的輸出響應(yīng)才與輸入量和初始條件等有關(guān)。素?zé)o關(guān)。而系統(tǒng)的輸出響應(yīng)才與輸入量和初始條件等有關(guān)。傳遞函數(shù)僅僅描述系統(tǒng)的動態(tài)特性而不涉及系統(tǒng)的物理模型，傳遞函數(shù)僅僅描述系統(tǒng)的動態(tài)特性而不涉及系統(tǒng)的物理模型，對于機(jī)械的，電氣的，液壓的物理模型可以具有相同的傳遞對于機(jī)械的，電氣的，液壓的物理模型可以具有相同的傳遞函數(shù)。函數(shù)。 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大

18、學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 比例環(huán)節(jié)比例環(huán)節(jié) 所謂比例環(huán)節(jié)即指其輸入、輸出量之間成一種比例關(guān)所謂比例環(huán)節(jié)即指其輸入、輸出量之間成一種比例關(guān)系的環(huán)節(jié)。系的環(huán)節(jié)。 比例環(huán)節(jié)的特點(diǎn)是比例環(huán)節(jié)的特點(diǎn)是輸出與輸出之間無時(shí)間滯后與波形輸出與輸出之間無時(shí)間滯后與波形失真失真。 在液壓控制系統(tǒng)中常見的有下列三種。在液壓控制系統(tǒng)中常見的有下列三種。新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成

19、技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 （1）運(yùn)算放大器）運(yùn)算放大器 0/xKRR新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 （2）位移放大器）位移放大器 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 圖為液壓位移放大器，若忽略液體泄漏及可壓縮性，則圖為液壓位移放大器，若忽略液體泄漏及可壓縮性，則如圖所示可列出下

20、列方程如圖所示可列出下列方程兩邊積分得兩邊積分得 故故式中式中 1 122AxA xq11220tA xA xqdt12112AxxKxA12KA A新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 （3）壓力放大器）壓力放大器 21/KAApA2A11p22112A pA p新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程

21、2 慣性環(huán)節(jié)慣性環(huán)節(jié) 慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)一般由一個(gè)儲能元件和一個(gè)耗能慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)一般由一個(gè)儲能元件和一個(gè)耗能元件組成，其中輸出與輸入之間存在著時(shí)間上的滯后，元件組成，其中輸出與輸入之間存在著時(shí)間上的滯后，T稱之為時(shí)間常數(shù)，稱之為時(shí)間常數(shù)，K為增益。為增益。 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 （1）電網(wǎng)絡(luò)）電網(wǎng)絡(luò) 0/xKRR1yxKVVTs 01TR CK新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)

22、昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 （2）帶有彈簧負(fù)載的閥控液壓缸式動力機(jī)構(gòu)）帶有彈簧負(fù)載的閥控液壓缸式動力機(jī)構(gòu) 1KyxTs/xpsKK A K K2/psTAK KA閥xyKsAp1p2新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 圖是帶有彈簧負(fù)載的閥控液壓缸式動力機(jī)構(gòu)。若圖是帶有彈簧負(fù)載的閥控液壓缸式動力機(jī)構(gòu)。若忽略液容效應(yīng)及泄漏，并且只考慮彈性負(fù)載，則其流量忽略液容效應(yīng)及泄漏，并且只

23、考慮彈性負(fù)載，則其流量方程為方程為力方程為力方程為以上三式聯(lián)立，可得到以上三式聯(lián)立，可得到則則 LqcLqK xK pLqAyLsApK y()csqK KAsyK xA1KyxTs新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 3 積分環(huán)節(jié)積分環(huán)節(jié) 積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為W（s）= K/s，其輸出函數(shù)等，其輸出函數(shù)等于輸入函數(shù)的積分，即輸出量為輸入量對時(shí)間的累積，輸于輸入函數(shù)的積分，即輸出量為輸入量對時(shí)間的累積，輸出幅值呈線性增長。因此，

24、在系統(tǒng)中凡有出幅值呈線性增長。因此，在系統(tǒng)中凡有存儲或累積特點(diǎn)存儲或累積特點(diǎn)的元件，都有積分環(huán)節(jié)的特性。的元件，都有積分環(huán)節(jié)的特性。新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 （1）積分放大器）積分放大器 yxKVVs 1/xKCR新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 （2）無負(fù)載的閥控液壓缸）無負(fù)載的閥控液

25、壓缸qKxKyxAss/qKKAA閥xyAp1p2新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 圖為無負(fù)載的閥控液壓缸，若忽略液容效應(yīng)和圖為無負(fù)載的閥控液壓缸，若忽略液容效應(yīng)和泄漏，可列出其流量方程泄漏，可列出其流量方程 (因無負(fù)載，因無負(fù)載，pL0) 故故式中式中 LsqcLqqA yK xK pK xqKxKyxAssqKKA新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型

26、液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 4 微分環(huán)節(jié)微分環(huán)節(jié) 若環(huán)節(jié)的輸出量與輸入量的系數(shù)成正比，則稱為微分若環(huán)節(jié)的輸出量與輸入量的系數(shù)成正比，則稱為微分環(huán)節(jié)環(huán)節(jié) 。( )( )( )Y sW sTsX s 式中，式中，T T為時(shí)間常數(shù)，微分環(huán)節(jié)在實(shí)際工程中很難構(gòu)建，為時(shí)間常數(shù)，微分環(huán)節(jié)在實(shí)際工程中很難構(gòu)建，只能近似實(shí)現(xiàn)。即只有當(dāng)慣性作用微弱，而微分作用很強(qiáng)時(shí)，只能近似實(shí)現(xiàn)。即只有當(dāng)慣性作用微弱，而微分作用很強(qiáng)時(shí)，才可以近似看作一個(gè)微分環(huán)節(jié)。才可以近似看作一個(gè)微分環(huán)節(jié)。 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與

27、控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 5 振蕩環(huán)節(jié)振蕩環(huán)節(jié) 凡振蕩環(huán)節(jié)都能用二階微分方程來描述凡振蕩環(huán)節(jié)都能用二階微分方程來描述 。1222( )11( )( )2( )211nTnnnnY sW sW sssX sT sTs 二階振蕩環(huán)節(jié)一般含有兩個(gè)儲能元件和一個(gè)耗能二階振蕩環(huán)節(jié)一般含有兩個(gè)儲能元件和一個(gè)耗能元件，由于兩個(gè)儲能元件之間有能量交換，就可能使元件，由于兩個(gè)儲能元件之間有能量交換，就可能使系統(tǒng)得輸出發(fā)生振蕩。在實(shí)際工程中，液壓系統(tǒng)的振系統(tǒng)得輸出發(fā)生振蕩。在實(shí)際工程中，液壓系統(tǒng)的振蕩網(wǎng)絡(luò)是很多的，如閥控液壓缸和閥控液壓馬達(dá)動力蕩網(wǎng)絡(luò)是很多的，

28、如閥控液壓缸和閥控液壓馬達(dá)動力機(jī)構(gòu)往往會形成振蕩環(huán)節(jié)。機(jī)構(gòu)往往會形成振蕩環(huán)節(jié)。 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 6 滯后環(huán)節(jié)滯后環(huán)節(jié) 凡是輸出信號對于輸入信號的響應(yīng)，滯后一段時(shí)間凡是輸出信號對于輸入信號的響應(yīng)，滯后一段時(shí)間的環(huán)節(jié)，稱為滯后環(huán)節(jié)。的環(huán)節(jié)，稱為滯后環(huán)節(jié)。( )sW se 滯后環(huán)節(jié)在系統(tǒng)中是有害的，它影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。滯后環(huán)節(jié)在系統(tǒng)中是有害的，它影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此對液壓控制系統(tǒng)而言應(yīng)盡量減小管路的長度。因此對液壓控制系統(tǒng)而言應(yīng)盡

29、量減小管路的長度。 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 在研究一個(gè)控制系統(tǒng)時(shí)，常常將其中的每個(gè)元件都用一個(gè)方塊表示，并用指向方塊和離開方塊的箭頭分別表示輸入和輸出，這種表示圖稱之為方塊圖。如果方塊中標(biāo)上元件的名稱，一般叫做原理方塊圖；如果將元件的傳遞函數(shù)標(biāo)入方塊圖內(nèi)就叫做傳遞函數(shù)方塊圖。通常用原理方塊圖表示系統(tǒng)的工作原理， 而用傳遞函數(shù)方塊圖表示系統(tǒng)的嚴(yán)格數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)。 圖 （a）是伺服閥的原理方塊圖。而圖（b）則是伺服閥的傳遞函數(shù)方塊圖。 電液伺服

30、閥的方塊圖 （a） 原理方塊圖； （b） 傳遞函數(shù)方塊圖 利用方塊圖來表示系統(tǒng)不僅容易清楚地看出系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，更便于分析和改進(jìn)系統(tǒng)的動靜態(tài)特性。 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 如果一個(gè)系統(tǒng)加入干擾并去掉干擾之后，被調(diào)量能夠回到原來如果一個(gè)系統(tǒng)加入干擾并去掉干擾之后，被調(diào)量能夠回到原來的狀態(tài)，便稱此系統(tǒng)為穩(wěn)定的，否則是不穩(wěn)定的。穩(wěn)定是系統(tǒng)能夠的狀態(tài)，便稱此系統(tǒng)為穩(wěn)定的，否則是不穩(wěn)定的。穩(wěn)定是系統(tǒng)能夠工作的必要條件，不穩(wěn)定的系統(tǒng)不能正常工作。

31、工作的必要條件，不穩(wěn)定的系統(tǒng)不能正常工作。 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 為了滿足實(shí)際需要，真實(shí)的系統(tǒng)除了必須穩(wěn)定外， 還要有一定的動靜態(tài)要求。因此要求系統(tǒng)還要具有 一定的穩(wěn)定裕度。在開環(huán)對數(shù)頻率特性圖上要求系 統(tǒng)要有相穩(wěn)定裕度和模穩(wěn)定裕度L 。 所謂相穩(wěn)定裕度指的是當(dāng)L = 0時(shí)，角與1 8 0 之差， 并且要求 1 8 0 ，即 1 8 0 0 所謂模穩(wěn)定裕度指的是當(dāng)1 8 0 時(shí)，零分貝與L的 分貝值之差，用L表示，由于L 0 。 新

32、型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 為了保證系為了保證系統(tǒng)具有一定的動統(tǒng)具有一定的動態(tài)品質(zhì)，一般態(tài)品質(zhì)，一般可選在可選在4570之之間，而間，而L可選可選在在5dB10dB之間。之間。 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 1 系統(tǒng)的階躍過渡過程及其品質(zhì)指標(biāo)系統(tǒng)的階躍過渡過程及其品質(zhì)指標(biāo)新型液壓元件及集

33、成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 1t00新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 2 頻域的品質(zhì)指標(biāo)頻域的品質(zhì)指標(biāo)系統(tǒng)的頻率特性反應(yīng)了系統(tǒng)的動靜態(tài)品質(zhì)，因此通常也用頻率特性的某些特征值作為系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)。 1 頻帶寬度 如果系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性L較零頻率時(shí)減少了3dB，則此時(shí)多對應(yīng)的頻率值稱之為系統(tǒng)的頻帶寬度，簡稱頻寬

34、，用0表示。頻寬的另一定義是相角等于2時(shí)的頻率值，用0來表示。頻寬大小反應(yīng)了系統(tǒng)的快速性，0（或0）大表明系統(tǒng)的過渡時(shí)間短。 2 峰值rM 幅值特性的峰值反應(yīng)了系統(tǒng)穩(wěn)定裕度的大小，峰值大表明系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度小，因而系統(tǒng)的超調(diào)量必然較大，振蕩次數(shù)也會增多。一般取相對值，即取峰值與零頻率幅值之差，用rM表示，單位是dB。 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)

35、流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 按規(guī)定，壓力應(yīng)該采用國際制單位帕（按規(guī)定，壓力應(yīng)該采用國際制單位帕（ ）,但由于歷史的原因，在許多資料中常能見到巴（但由于歷史的原因，在許多資料中常能見到巴（ ）、）、工程大氣壓（工程大氣壓（ ）和液柱高毫米水柱（）和液柱高毫米水柱（ ）、毫米）、毫米貢柱（貢柱（ ）等單位。在流體傳動中，單位帕（）等單位。在流體傳動中，單位帕（ ）顯）顯得太小，經(jīng)常用兆帕（得太小，經(jīng)常用兆帕（ ）表示。它們之間的換算關(guān)）表示。它們之間的換算關(guān)系如下：系如下： 2P/aN mab rat2H OmmHmm gPaMPa26

36、52241P1N/1MP10 P110 P735.5H10197.2H O1.0197211/9.8 10 Pamaabaramm gmmatatkgfcma1 壓力的單位壓力的單位新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 3 排量和流量排量和流量排量是指泵軸轉(zhuǎn)一整轉(zhuǎn)所輸出的液體體積，以pV表示。 對液壓馬達(dá)排量是指馬達(dá)軸轉(zhuǎn)一整轉(zhuǎn)所吞入的液體體積，以MV表示。 流量是指泵在單位時(shí)間內(nèi)所輸出的液體體積，以pq表示。 對液壓馬達(dá)流量是指馬達(dá)在單位時(shí)間內(nèi)所吞

37、入的液體體積，以Mq表示。 泵的流量分為理論流量和實(shí)際流量。 理論流量ptq是不考慮容積損失時(shí)的輸出流量，即 3 10 L/ mi nptppqVn （2.39） 式中 pV 泵的排量 /mlr pn泵的轉(zhuǎn)數(shù) /mi nr 泵的實(shí)際流量pq小于理論流量ptq，因?yàn)楸糜腥莘e損失，也就是有內(nèi)泄漏，若泄漏量為pq，則 3 10L/ mi npptpptpvpppvqqqqVn （2.40） 式中 pv泵的容積效率 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 對

38、液壓馬達(dá) 3 10L/ mi nMMMMvVnq （2.41） 式中 Mn馬達(dá)的轉(zhuǎn)速 /mi nr Mv馬達(dá)的容積效率 MV馬達(dá)排量 /mlr 泵的理論流量與泵的輸出壓力無關(guān)，泵的實(shí)際流量隨泵的輸出壓力增高而減少，泄漏量則隨壓力的增加而增加。其壓力流量特性如圖2.22所示。 qpqqqptpp 圖2. 22 泵的壓力-流量特性曲線 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 4 功率功率泵的輸入功率為機(jī)械功率，等于原動機(jī)的輸出功率。故泵的輸入功率piP為

39、 pipipP=M （2.42） 式中 piM泵的輸入轉(zhuǎn)矩 p泵軸的旋轉(zhuǎn)角速度 p2pn 故 pipiP=M2pn （2.43） 由于 p2ppipmpVM （2.44） 式中 pm 泵的機(jī)械效率 pp泵的輸出壓力 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 將（2.44）代入（2.43）式可得 pppippqP （2.45） 式中 p泵的總效率 ppvpm ppppvqVn 若采用統(tǒng)一的量綱，(SI制）,即 pp2/Nm， pq3/ms 則有 Nm/ s ( w) 60pppippqP 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動與控制技術(shù)模塊課程 若采用工程單位制（MKS單位制） pp2/kgfcm，pq/mi nL 因?yàn)?1KW = 102/kgfms 故 kw612pppippqP （2.46） 泵的輸出功率0 p