數(shù)控液壓控制原理

數(shù)控液壓控制原理第一頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日本章參考書(shū)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(dòng)2第二頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日一、采用電壓比較的液壓工作臺(tái)位置控制系統(tǒng)傳感器1被控對(duì)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(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日電壓比較KaKaUi-UPDUKa比較元件4第四頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日控制框圖控制系統(tǒng)組成：被控對(duì)象指令元件比較元件指令傳感器反饋傳感器動(dòng)力元件（閥、缸）擾動(dòng)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(tái)XP工作臺(tái)指令Xi液壓動(dòng)力元件放大元件5第五頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日二、采用電壓比較的電動(dòng)工作臺(tái)位置控制系統(tǒng)傳感器1被控對(duì)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(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日電動(dòng)力元件控制框圖擾動(dòng)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(tái)XP工作臺(tái)指令Xi電機(jī)控制系統(tǒng)組成：被控對(duì)象指令元件比較元件指令傳感器反饋傳感器動(dòng)力元件（閥、缸）將液壓動(dòng)力元件（伺服閥、缸）換成電動(dòng)力元件（可控硅與電動(dòng)機(jī)）7第七頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日三、采用力比較的液壓工作臺(tái)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(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日比較元件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(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日液壓動(dòng)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(dòng)液壓缸1K1+K2DF-力比較Ka被控工作臺(tái)XP工作臺(tái)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(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日四、采用直接位置比較的液壓工作臺(tái)位置控制系統(tǒng)指令元件與閥芯相連受控對(duì)象與閥套相連Xi=X芯Xp=X套11第十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日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(duì)象與閥套連伺服閥XP12第十二頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日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(dòng)液壓缸Xv-位置比較Ka被控工作臺(tái)XP工作臺(tái)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(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日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(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日-杠桿比較XP手XiXVXPXi舵機(jī)位移XV手動(dòng)XV=X1-X2L2L1+

L2X1指令L1L2Xi舵機(jī)位移-X2L1L2XPL1L1+

L2X1X215第十五頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日液壓動(dòng)力元件控制框圖擾動(dòng)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(dòng)16第十六頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日放大元件輸出y2開(kāi)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(duì)象指令元件測(cè)量傳感器2測(cè)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(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日開(kāi)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(kāi)環(huán)控制（動(dòng)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(cè)量反饋元件、調(diào)節(jié)器構(gòu)成；開(kāi)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(guò)閉環(huán)系統(tǒng)控制被控對(duì)象，使被控位移y2跟蹤指令位移y1。放大器被控制對(duì)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(dòng)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(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日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。滑閥——閥芯為多端圓柱體，閥芯相對(duì)閥體作軸向運(yùn)動(dòng)；錐閥——閥芯為錐柱體，閥芯相對(duì)閥體作軸向運(yùn)動(dòng)；噴嘴擋板閥——擋板相對(duì)噴嘴移動(dòng)。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(hào)（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(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日一、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(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日溢流式調(diào)節(jié)一、并聯(lián)式單閥口放大元件

閥？PL第二十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日B半橋B半橋面積為A0面積為A0/2均帶一個(gè)固定節(jié)流孔二、半橋式22第二十二頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日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(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日固定節(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(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日四、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(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日式中:（2）放大器的流量線性化閥？PLKqKc26第二十六頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日KqKcKqKc等價(jià)動(dòng)態(tài)物理模型動(dòng)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(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日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(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日4.3廣義復(fù)阻抗分析法29第二十九頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日

一個(gè)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(yùn)動(dòng)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(lái)替代原系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。我們定義一種廣義的電回路（簡(jiǎn)稱廣義回路）：該回路的形式與運(yùn)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(hào)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(guò)復(fù)阻抗的分析方法來(lái)建立數(shù)學(xué)模型。（一）、基本概念30第三十頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日系統(tǒng)的動(dòng)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(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日（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(chǔ)存電勢(shì)能的元件；電感為儲(chǔ)存電動(dòng)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(chǔ)存液壓勢(shì)能，為廣義電容；

管道中的流體質(zhì)量（液感）儲(chǔ)存液體的動(dòng)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(chǔ)存機(jī)械勢(shì)能，為廣義電容；慣性質(zhì)量?jī)?chǔ)存機(jī)械動(dòng)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(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日（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(dòng)能）n=-1積分阻抗（勢(shì)能）33第三十三頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日34第三十四頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日

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(guò)“變壓器”來(lái)交換能量。

所謂“理想變壓器”，是指無(wú)功率損失，無(wú)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(shí)，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(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日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(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日3、理想液壓缸的動(dòng)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(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日4、理想液壓馬達(dá)的動(dòng)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(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日5、實(shí)際液壓缸的阻抗分離M液壓阻抗+理想油缸+機(jī)械阻抗實(shí)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(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日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(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日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(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日廣義變壓器=功率等值傳遞+阻抗變換P105面42第四十二頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日7、齒輪傳動(dòng)可等效為廣義變壓壓器阻抗計(jì)算時(shí)，次邊阻抗可向原邊轉(zhuǎn)化43第四十三頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日（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(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日在機(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(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日液壓動(dòng)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(duì)稱缸；三通閥制控缸——放大元件為三通閥，執(zhí)行元件為差動(dòng)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(dòng)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(dòng)力元件的概念46第四十六頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日控制輸入控制輸出第四十七頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日控制輸入控制輸出閥缸閥不計(jì)泄漏和壓縮時(shí)動(dòng)力元件的方框圖它是一個(gè)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(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日KqKcKqKc等價(jià)動(dòng)態(tài)物理模型動(dòng)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(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日機(jī)械阻抗液壓阻抗液壓阻抗+理想油缸+機(jī)械阻抗實(shí)際油缸理想油缸實(shí)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(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日方框圖簡(jiǎn)化M理想油缸理想油缸51第五十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日理想油缸理想油缸M機(jī)械阻抗缸液壓阻抗放大元件MS52第五十二頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日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(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日H54第五十四頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日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(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日56第五十六頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日控制傳遞函數(shù)57第五十七頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日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(gè)彈簧質(zhì)量振蕩系統(tǒng)58第五十八頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日4.5控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析59第五十九頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日一、杠桿反饋的系統(tǒng)分析

第六十頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日-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(dòng)XV=X1-X261第六十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日指令液壓動(dòng)力元件擾動(dòng)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(dòng)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(duì)象相連（舵機(jī)）3）與放大元件相連（閥芯）62第六十二頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日指令液壓動(dòng)力元件擾動(dòng)液壓缸飛機(jī)舵機(jī)XPXV伺服閥液壓能源-杠桿比較Xi動(dòng)力元件-杠桿比較Xi3、方框圖第六十三頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日4、方框圖簡(jiǎn)化動(dòng)力元件-杠桿比較Xi開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)第六十四頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)5、傳遞函數(shù)第六十五頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日6、波德圖的畫(huà)法第六十六頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日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(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)第六十八頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日1、采用直接位置比較的液壓工作臺(tái)位置控制系統(tǒng)指令元件與閥芯相連受控對(duì)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(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日閥芯與閥套控制框圖采用閥芯閥套直較方式擾動(dòng)液壓缸Xv-位置比較Ka被控工作臺(tái)XP工作臺(tái)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(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日