液壓傳動控制系統(tǒng)課程課件

液氣壓系統(tǒng)分析本門課程的主要內(nèi)容及目的主要內(nèi)容液壓基本回路分析液壓系統(tǒng)工作原理分析（機床、工程機械、兵器等）液壓系統(tǒng)設(shè)計及維護(hù)目的：熟練掌握各類液壓典型回路；掌握液壓系統(tǒng)的分析、設(shè)計方法；參考書：流體傳動與控制，張光涵等，成都科技大學(xué)出版社；液壓系統(tǒng)建模與仿真，李永堂等，冶金工業(yè)出版社；第一章液壓傳動與控制系統(tǒng)的討論本章提要歷史回顧前言發(fā)展現(xiàn)狀未來展望在回顧流體傳動及控制學(xué)科發(fā)展歷史的基礎(chǔ)上，對20世紀(jì)90年代后期以來液壓學(xué)科的發(fā)展作了綜合評述，它集眾多學(xué)科于一體，具有顯著的機電液一體化特征，尤其是與計算機技術(shù)相結(jié)合，使得液壓學(xué)科在系統(tǒng)設(shè)計、控制、故障診斷、虛擬現(xiàn)實等方面有了長足的進(jìn)步。最后對流體傳動及控制技術(shù)的發(fā)展前景進(jìn)行了預(yù)測，指出關(guān)注環(huán)保性能，提高效率；元件與系統(tǒng)的集成化、模塊化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化；新材料的使用將是未來的發(fā)展方向。流體傳動與控制技術(shù)發(fā)展到今天，已經(jīng)成為一門與其它學(xué)科相互關(guān)聯(lián)、交叉的綜合性學(xué)科。它是集液壓技術(shù)、微電子技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、計算機控制及現(xiàn)代控制理論等眾多學(xué)科于一體的高交叉性、高綜合性的技術(shù)學(xué)科，具有顯著的機電液一體化特征。流體傳動與控制學(xué)科是人類在生產(chǎn)實踐中逐步發(fā)展起來的。一、歷史回顧1流體力學(xué)流體力學(xué)尤其是流體動力學(xué)作為一門嚴(yán)密的科學(xué)，卻是在經(jīng)典力學(xué)建立了速度、加速度，力、流場等概念，以及質(zhì)量、動量、能量三個守恒定律之后才逐步形成的。1648年法國人帕斯卡(B.Pascal)提出靜止液體中壓力傳遞的基本定律，奠定了液體靜力學(xué)基礎(chǔ)?！?7世紀(jì)，力學(xué)奠基人牛頓(Newton)研究了在流體中運動的物體所受到的阻力，針對粘性流體運動時的內(nèi)摩擦力提出了牛頓粘性定律。◆對流體力學(xué)學(xué)科的形成作出第一個貢獻(xiàn)的是古希臘人阿基米德(Archimedes)，他建立了物理浮力定律和液體平衡理論?！?738年瑞土人歐拉(L.Euler)采用了連續(xù)介質(zhì)的概念，把靜力學(xué)中的壓力概念推廣到運動流體中，建立了歐拉方程，正確地用微分方程組描述了無粘性流體的運動。伯努利(D.Bernoulli)從經(jīng)典力學(xué)的能量守恒出發(fā)，研究供水管道中水的流動，進(jìn)行試驗分析，得到了流體定常運動下的流速、壓力、流道高度之間的關(guān)系——伯努利方程。

歐拉方程和伯努利方程的建立，是流體動力學(xué)作為一個分支學(xué)科建立的標(biāo)志，從此開始了用微分方程和實驗測量進(jìn)行流體運動定量研究的階段?！簟簟簟?827年法國人納維(C.L.M.Navier)建立了粘性流體的基本運動方程；1845年英國人斯托克斯(G.G.Stokes)又以更合理的方法導(dǎo)出了這組方程，這就是沿用至今的N-S方程，它是流體動力學(xué)的理論基礎(chǔ)。1883年英國人雷諾(O.Reynolds)發(fā)現(xiàn)液體具有兩種不同的流動狀態(tài)——層流和湍流，并建立湍流基本方程——雷諾方程。2液壓傳動◆1795年英國人布拉默(J.Bramsh)發(fā)明了第一臺液壓機，它的問世是流體動力應(yīng)用于工業(yè)的成功典范，到1826年液壓機已被廣泛應(yīng)用，此后還發(fā)展了許多水壓傳動控制回路，并且采用機能符號取代具體的設(shè)計和結(jié)構(gòu)，方便了液壓技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。19世紀(jì)是流體傳動技術(shù)走向工業(yè)應(yīng)用的世紀(jì)，它奠基于的流體力學(xué)成果之上，而工業(yè)革命以來的產(chǎn)業(yè)需求為液壓技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了先決條件?！?905年美國人詹尼(Janney)首先將礦物油引入傳動介質(zhì)，并設(shè)計研制了帶軸向柱塞機械的液壓傳動裝置，并于1906年應(yīng)用于軍艦的炮塔裝置上，為現(xiàn)代液壓技術(shù)的發(fā)展揭開了序幕。◆◆1922年瑞士人托馬(H.Thoma)發(fā)明了徑向柱塞泵。1936年美國人威克斯(H.Vickers)一改傳統(tǒng)的直動式機械控制機構(gòu)，發(fā)明了先導(dǎo)控制式壓力控制閥。稍后電磁閥和電液換向滑閥的問世，使先導(dǎo)控制形式多樣化?！?控制論20世紀(jì)是流體傳動與控制技術(shù)飛速發(fā)展并日趨成熟的世紀(jì)，也是控制理論與工程實踐相互結(jié)合飛速發(fā)展的世紀(jì)，它為流體控制工程的進(jìn)步提供了強有力的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。◆1922年美國人米諾爾斯基(N.Minorsky)提出用于船舶駕駛伺服機構(gòu)的比例、積分、微分(PID)控制方法。◆◆1932年瑞典人奈奎斯特(H．Nyquist)提出根據(jù)頻率響應(yīng)判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性的準(zhǔn)則。1948年美國科學(xué)家埃文斯(W．R．Evans)提出了根軌跡分析方法，同年申農(nóng)(C．E．Shannon)和維納(N.Wiener)出版《信息論》與《控制論》。4液壓傳動及伺服系統(tǒng)◆1950年摩根(Moog)研制成功采用微小輸入信號的電液伺服閥后，美國麻省理工學(xué)院的布萊克本(Blackburn)、李(Lee)等人在系統(tǒng)高壓化和電液伺服機構(gòu)方面進(jìn)行了深入研究?！?970年前后信號功率介于開關(guān)控制和伺服控制之間的比例閥問世。

二戰(zhàn)后液壓技術(shù)在航天、國防、汽車和機床工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，并且走向產(chǎn)業(yè)獨立發(fā)展，西方各國相繼成立了行業(yè)協(xié)會和專業(yè)學(xué)會，液壓傳動和控制被作為新興技術(shù)得到重視。這一時期稱得上是液壓工業(yè)的黃金歲月。4液壓傳動及伺服系統(tǒng)◆l960年布萊克本(Blackburn)的《液動氣動控制》和l967年梅里特(Merritt)的《液壓控制系統(tǒng)》兩部科學(xué)著作相繼問世，對液壓控制理論作出了系統(tǒng)、科學(xué)的闡述?！魪?962年開始制定液壓元件的標(biāo)準(zhǔn)(CETOP，ISO／TCl31)。◆在主閥結(jié)構(gòu)上，早期采用水介質(zhì)時大多選擇錐閥結(jié)構(gòu)；油壓控制發(fā)展后圓柱滑閥結(jié)構(gòu)成為主流。1970年前后二通插裝閥(大中功率)以及螺紋插裝閥(中小功率)問世并快速發(fā)展，使得滑閥結(jié)構(gòu)受到?jīng)_擊。20世紀(jì)是流體傳動及控制技術(shù)逐步走向成熟的時代。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，它不僅可以充當(dāng)一種傳動方式，而且可以作為一種控制手段，充當(dāng)了連接現(xiàn)代微電子技術(shù)和大功率控制對象之間的橋梁，成為現(xiàn)代控制工程中不可缺少的重要技術(shù)手段。二、發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)入20世紀(jì)90年代后期，隨著自動控制技術(shù)，計算機技術(shù)，微電子技術(shù)、可靠性技術(shù)的發(fā)展以及新材料的應(yīng)用，使傳統(tǒng)的液壓技術(shù)有了新的進(jìn)展，也使液壓系統(tǒng)和元件的水平有很大提高。1液壓傳動與微電子技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)機電一體化集成是新型元件和系統(tǒng)發(fā)展的主要方向?！舳喙δ芗呻娨涸?、具有數(shù)字接口的電液元件和檢測元件快速發(fā)展?！粲捎趦?nèi)置電子線路以及串行通訊總線技術(shù)的發(fā)展，在一些大型現(xiàn)代化的電液系統(tǒng)，如冶金、大型礦山機械及工程機械中，泵、馬達(dá)、閥等元器件裝有各種必要的傳感器和兩路數(shù)據(jù)連接器，不僅可實現(xiàn)各種功能的控制，還可實現(xiàn)各元件狀態(tài)的監(jiān)測，使液壓系統(tǒng)故障診斷技術(shù)有了進(jìn)一步的發(fā)展?！衄F(xiàn)代的液壓系統(tǒng)是高度機電一體化的大型復(fù)雜控制系統(tǒng)?！糁醒胗嬎銠C不斷訪問所有元件的當(dāng)前特性，并且與標(biāo)準(zhǔn)特性相比較，若顯著超出，可發(fā)出必要的警報。2計算機的廣泛應(yīng)用和性能的不斷提高使得流體傳動及控制技術(shù)有了新的發(fā)展計算機輔助設(shè)計大大地提高了工作效率。利用CAD/CAE技術(shù)全面支持液壓產(chǎn)品從概念設(shè)計、外觀設(shè)計、性能設(shè)計、可靠性設(shè)計到零部件設(shè)計的全過程。對現(xiàn)有的液壓CAD/CAE設(shè)計軟件進(jìn)行二次開發(fā)，建立知識庫信息系統(tǒng)，它將構(gòu)成設(shè)計——制造——銷售——使用——設(shè)計的閉式循環(huán)系統(tǒng)。◆◆◆A新控制策略不斷被采用。自適應(yīng)控制(AC)是指當(dāng)被控對象本身特性及其外部環(huán)境了解不多時或者它們在正常運行中存在變化時，對其有自適應(yīng)能力和魯棒性魯棒控制指的是當(dāng)系統(tǒng)模型包含不確定性因素時，仍然希望控制系統(tǒng)始終保持良好性能的一種控制方式。近年出現(xiàn)的設(shè)計方法是魯棒控制的代表。智能控制(IC)通過對系統(tǒng)特征的描述和提取，符號和環(huán)境的識別，知識庫和推理機的開發(fā)以及控制規(guī)律的在線學(xué)習(xí)和修正，對改善液壓伺服系統(tǒng)的控制性能有巨大潛力。￥H◆◆◆B虛擬技術(shù)在液壓行業(yè)中得到應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實(VirtualReality)通常是指通過頭盔顯示器和傳感手套等一系列新型交互設(shè)備構(gòu)造出的一種計算機軟硬件環(huán)境，操作者通過這些設(shè)施以自然的技能向計算機送入各種命令，并得到計算機對用戶的視覺、聽覺及嗅覺等多種器官的反饋。

包括與計算機系統(tǒng)有關(guān)的具有自然模擬、逼真體驗的技術(shù)與方法。它最主要的目標(biāo)就是真實的體驗和方便的人機交互。虛擬實現(xiàn)系統(tǒng)具有“沉浸（Immersion）”，“交互（Interaction）”和“想象（Imagination）”三個基本特征?！簟簟艄收先\斷三技術(shù)三有了三長足三的進(jìn)三步并三向智三能化三發(fā)展三。軟測三量(S三of三t-三se三ns三in三g)特點三就是三以計三算機三和軟三件為三核心三，根三據(jù)某三種最三優(yōu)準(zhǔn)三則，三選擇三比較三容易三測得三的一三種或三幾種三輔助三變量三，來三估計三不能三直接三測量三的主三要變?nèi)俊＞W(wǎng)絡(luò)三技術(shù)三將促三進(jìn)流三體傳三動行三業(yè)多三方面三的發(fā)三展。通過三網(wǎng)絡(luò)三技術(shù)三，可三以使三液壓三氣動三產(chǎn)品三的設(shè)三計、三生產(chǎn)三、銷三售和三用戶三信息三反饋三及時三掛起三鉤來三。用三戶要三求和三設(shè)計三信息三可傳三給設(shè)三計部三門，三設(shè)計三結(jié)果三通過三網(wǎng)絡(luò)三傳達(dá)三到相三應(yīng)的三生產(chǎn)三部門三及其三他機三構(gòu)，三可以三在網(wǎng)三上就三出現(xiàn)三的問三題交三流看三法和三提出三建議三，最三終實三現(xiàn)整三個產(chǎn)三品設(shè)三計與三生產(chǎn)三過程三的無三紙化三、文三件的三電子三化?？傊黧w三傳動三與電三子、三計算三機、三通信三等技三術(shù)相三結(jié)合三，大三大促三進(jìn)了三流體三傳動三元件三及系三統(tǒng)的三發(fā)展三。流三體傳三動及三控制三技術(shù)三已經(jīng)三成為三現(xiàn)代三機械三工程三的基三本要三素和三工程三控制三關(guān)鍵三技術(shù)三之一三。三、未來三展望有統(tǒng)三計資三料表三明：三近20年來三液壓三技術(shù)三的發(fā)三展來三源于三自身三的科三研成三果僅三約20三%，來三源于三其他三領(lǐng)域三發(fā)明三的占50三%，移三植其三它技三術(shù)研三究成三果占30三%，沒三有任三何一三種學(xué)三科能三關(guān)起三門來三發(fā)展三，這三也是三所有三學(xué)科三的共三同趨三勢。三未來三液壓三技術(shù)三難有三驚人三的技三術(shù)突三破，三應(yīng)當(dāng)三主要三靠現(xiàn)三有技三術(shù)的三改進(jìn)三和擴三展，三不斷三擴大三其應(yīng)三用領(lǐng)三域以三滿足三未來三的要三求。三其主三要的三發(fā)展三趨勢三將集三中在三以下三幾個三方面三。1流體三傳動三與控三制設(shè)三備更三加注三重其三環(huán)保三性能◆◆◆◆污染三環(huán)境三是流三體傳三動工三業(yè)面三臨的三最大三挑戰(zhàn)三之一三，也三是妨三礙它三與電三氣和三機械三傳動三系統(tǒng)三有效三競爭三的一三大因三素。治理三泄漏三和降三低噪三聲是三液壓三系統(tǒng)三需要三解決三的兩三大三問題三。加大三非石三油基三液壓三油的三使用三力度三。水壓三技術(shù)三將會三得到三大力三發(fā)展三。2節(jié)能三降耗三，提三高效三率。◆◆◆廣泛三采用三在負(fù)三載敏三感系三統(tǒng)，三使之三具有三流量三適應(yīng)三控制三和壓三力自三動補三償功三能。發(fā)展三變頻三電機三驅(qū)動三系統(tǒng)三及二三次調(diào)三節(jié)技三術(shù)。輕量三化三、小三型化三、節(jié)三能元三器件三。3更為三集成三化、三模塊三化、三智三能化三和網(wǎng)三絡(luò)化三。◆◆◆由電三子直三接控三制的三元件三將得三到廣三泛采三用借助三現(xiàn)場三總線三，實三現(xiàn)高三水平三的信三息傳三遞，三可以三對流三體傳三動及三控制三大系三統(tǒng)實三現(xiàn)綜三合多三目標(biāo)三最優(yōu)三控制——效率三最優(yōu)三、功三能最三優(yōu)或三預(yù)選三目標(biāo)三最優(yōu)三。流體三傳動三及控三制系三統(tǒng)可三實現(xiàn)三加工三、裝三配和三調(diào)試三等過三程的三全球三化虛三擬制三造，三并對三研究三過程三、生三產(chǎn)過三程、三營銷三過程三實現(xiàn)三全球三網(wǎng)絡(luò)三實時三管理三與經(jīng)三營。4新材三料的三發(fā)展三及使三用◆◆陶瓷三材料三由于三其優(yōu)三越的三耐磨三性、三抗氣三蝕性三能、三化學(xué)三穩(wěn)定三性好三、摩三擦因三數(shù)低三，使三其在三純水三液壓三泵和三閥上三得到三應(yīng)用三。納米三