電液比例與伺服控制

前言

電液比例與伺服控制技術是流體傳動與控制技術的重要分支，也是自動控制技術的重要分支。由于結合了液壓技術能傳遞較大功率、剛性大、響應快等優(yōu)越性與電子控制技術的靈活性，尤其是近年來電液比例技術的迅猛發(fā)展，使電液比例與伺服控制技術應用到幾乎所有的工業(yè)部門和航空、航天、軍事領域中。電液比例與伺服控制技術的基礎都是工程流體力學、自動控制理論、電力電子技術和液壓傳動與控制技術。它們雖然各有特點、區(qū)別，應用場合也有所不同，但在組件的結構、性能及分析問題的方法上，有很多相通、相似的地方。它們互相滲透、互相影響，現(xiàn)代的電液比例控制與電液伺服控制技術已越來越難區(qū)分。這是科技發(fā)展的必然趨勢。本書系統(tǒng)介紹了電液比例與伺服控制技術的基礎理論、基本組件、系統(tǒng)組成及性能特點。全書共分十章，系統(tǒng)地、循序漸進地闡述了電液比例與伺服控制中的各種控制元件、動力元件及系統(tǒng)的工作原理、性能特點、建模和分析方法，并從實用的角度出發(fā)，簡要介紹了系統(tǒng)的校正方法、實用基本回路及其應用、伺服比例放大器的原理和應用、比例與伺服系統(tǒng)的使用和維護常識。本書是在總結了過去數(shù)年編者的教學實踐的基礎上寫成的，同時盡可能地吸收了國內外電液比例與伺服控制技術的最新研究成果和應用實例。電液比例與伺服控制技術既有共同的理論基礎、相似的液壓組件結構、相同的性能分析方法，又有各自的結構特點和性能特點，應用方面也不盡相同。因此，本書在第1章概括介紹了電液比例控制和伺服控制的基本概念、系統(tǒng)組成、分類特點、發(fā)展概況后，在第2、3章著重介紹了電液比例與伺服控制技術中共有的液壓放大元件、液壓動力元件的結構、工作原理及建模方法、組件性能及其分析方法。

內容概要

本書系統(tǒng)介紹了電液比例與伺服控制技術的基礎理論、基本元件、系統(tǒng)組成及性能特點。全書共分十章，系統(tǒng)地、循序漸進地闡述了電液比例與伺服控制中的各種控制元件、動力元件及系統(tǒng)的工作原理、性能特點、建模和分析方法，并從實用的角度出發(fā)，簡要介紹了系統(tǒng)的校正方法、實用基本回路及其應用、伺服比例放大器的原理和應用、比例與伺服系統(tǒng)的使用和維護常識。本書內容取材適當，每章配有一定數(shù)量的思考題和習題，便于教學與自學。    本書可作為高等學校機械電子專業(yè)、流體傳動與控制專業(yè)方向及有關專業(yè)教材，也可供從事機械電氣方面工作的工程技術人員參考。

書籍目錄

1  電液比例與伺服控制系統(tǒng)概述  1.1  電液比例與伺服控制技術的發(fā)展概況  1.2  液壓伺服系統(tǒng)基本概念及典型系統(tǒng)舉例    1.2.1  液壓伺服系統(tǒng)的基本概念及工作特點    1.2.2  典型液壓伺服系統(tǒng)舉例  1.3  電液比例控制系統(tǒng)工作原理及特點    1.3.1  液壓開關型控制與比例控制系統(tǒng)    1.3.2  電液比例控制的基本特點  1.4  電液比例與伺服控制系統(tǒng)的分類與組成    1.4.1  電液比例與伺服控制系統(tǒng)的分類    1.4.2  電液比例與伺服控制系統(tǒng)的組成  思考題2  液壓放大元件  2.1  液壓放大元件的結構與分類    2.1.1  圓柱滑閥    2.1.2  錐閥    2.1.3  噴嘴擋板閥    2.1.4  射流式控制閥    2.1.5  組合式多級液壓放大  2.2  液壓控制閥靜特性的一般分析    2.2.1  滑閥的壓力-流量方程的一般表達式    2.2.2  控制閥的靜特性曲線    2.2.3  閥的線性化分析和閥系數(shù)  2.3  零開口四邊閥的靜特性    2.3.1  理想零開口四邊滑閥的靜特性    2.3.2  實際零開口四邊滑閥的靜特性  2.4  正開口與負開口四邊閥的靜特性    2.4.1  正開口四邊閥的靜特性    2.4.2  負開口滑閥分析  2.5  雙邊滑閥的靜特性    2.5.1  零開口雙邊滑閥的靜特性    2.5.2  正開口雙邊滑閥的靜特性  2.6  噴嘴擋板閥靜特性分析    2.6.1  單噴嘴擋板閥靜特性分析    2.6.2  雙噴嘴擋板閥靜特性分析  2.7  控制閥上的受力分析    2.7.1  動量方程與液動力    2.7.2  液流對控制閥的作用力分析  思考題  習題3  液壓動力元件  3.1  四通閥(四邊閥)控液壓缸的數(shù)學模型    3.1.1  基本方程及其拉氏變換式    3.1.2  四通閥控對稱液壓缸的方塊圖及傳遞函數(shù)    3.1.3  傳遞函數(shù)的簡化  3.2  四通閥控制液壓馬達的數(shù)學模型    3.2.1  基本方程及其拉氏變換式    3.2.2  輸出方程與傳遞函數(shù)  3.3  閥控液壓動力元件的參數(shù)分析    3.3.1  液壓扭矩放大器    3.3.2  沒有彈性負載時液壓動力元件的頻率特性分析    3.3.3  有彈性負載時液壓動力元件的頻率特性分析  3.4  三通閥控液壓缸    3.4.1  基本方程及其拉氏變換式    3.4.2  總輸出方程  3.5  泵控液壓馬達    3.5.1  基本方程及其拉氏變換式    3.5.2  輸出方程與傳遞函數(shù)    3.5.3  泵控液壓馬達與閥控液壓馬達的比較    3.5.4  位置直接反饋型比例排量變量泵伺服變量機構  3.6  液壓動力元件與負載的匹配    3.6.1  等效負載的計算    3.6.2  負載軌跡    3.6.3  閥控液壓動力元件的輸出功率和閥控系統(tǒng)的效率    3.6.4  閥控液壓動力元件的輸出特性    3.6.5  液壓動力元件與負載的匹配  思考題  習題4  電液伺服閥  4.1  電液伺服閥概述    4.1.1  電液伺服閥的結構組成    4.1.2  電液伺服閥的分類  4.2  電液伺服閥中的電-機械轉換元件    4.2.1  永磁動鐵式力矩馬達    4.2.2  永磁動圈式力馬達    4.2.3  動鐵式力矩馬達與動圈式力馬達的性能比較  4.3  典型兩級電液伺服閥    4.3.1  位置反饋式電液伺服閥    4.3.2  壓力反饋式電液伺服閥  4.4  電液伺服閥的主要性能參數(shù)    4.4.1  表示電液伺服閥規(guī)格的主要性能參數(shù)    4.4.2  電液伺服閥的靜態(tài)特性    4.4.3  電液伺服閥動態(tài)特性    4.4.4  輸入電氣特性  4.5  電液伺服閥的選擇    4.5.1  一般原則    4.5.2  電液伺服閥規(guī)格的選擇  思考題  習題5  電液伺服控制系統(tǒng)的分析與設計  5.1  電液伺服控制系統(tǒng)的工作原理與類型    5.1.1  典型電液伺服系統(tǒng)    5.1.2  電液伺服系統(tǒng)的分類  5.2  電液位置伺服系統(tǒng)分析    5.2.1  電液位置伺服系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)及系統(tǒng)方塊圖    5.2.2  電液伺服系統(tǒng)穩(wěn)定性分析    5.2.3  系統(tǒng)快速性分析    5.2.4  系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析  5.3  電液位置伺服系統(tǒng)的校正與設計    5.3.1  滯后校正    5.3.2  速度反饋校正    5.3.3  速度和加速度反饋校正    5.3.4  壓力反饋校正    5.3.5  動壓反饋校正    5.3.6  采用PID調節(jié)器的校正    5.3.7  電液位置伺服系統(tǒng)的應用設計計算實例  5.4  電液速度伺服控制系統(tǒng)    5.4.1  電液速度伺服控制的原理    5.4.2  電液速度伺服控制系統(tǒng)分析    5.4.3  電液速度控制系統(tǒng)的校正  5.5  電液力控制系統(tǒng)    5.5.1  電液力控制系統(tǒng)組成及工作原理    5.5.2  電液力控制系統(tǒng)數(shù)學模型的建立    5.5.3  電液力控制系統(tǒng)動、靜態(tài)特性分析    5.5.4  電液力控制系統(tǒng)的參數(shù)確定與校正  思考題  習題6  電液比例控制閥  6.1  電液比例控制閥概述    6.1.1  電液比例控制閥的分類    6.1.2  電液比例閥的構成  6.2  比例電磁鐵    6.2.1  比例電磁鐵的結構與工作原理    6.2.2  比例電磁鐵的控制形式  6.3  電液比例控制壓力閥    6.3.1  直動式比例溢流閥    6.3.2  先導式比例溢流閥    6.3.3  比例溢流閥的特性    6.3.4  直動式比例減壓閥    6.3.5  先導式比例減壓閥    6.3.6  比例減壓閥的靜態(tài)特性曲線  6.4  電液比例流量控制閥    6.4.1  直動式比例節(jié)流閥    6.4.2  先導式比例節(jié)流閥    6.4.3  二通型電液比例流量閥    6.4.4  三通型電液比例流量閥與壓力流量復合比例閥  6.5  電液比例方向閥    6.5.1  電液比例方向閥的特點與分類    6.5.2  直動式比例方向閥    6.5.3  先-導式比例方向閥    6.5.4  比例方向閥的I-q特性    6.5.5  比例方向閥的選用  6.6  電液伺服比例閥    6.6.1  電液伺服比例閥的特點    6.6.2  單級伺服比例閥    6.6.3  先導式電液伺服比例閥  思考題  習題7  電液比例容積控制元件  7.1  電液比例排量變量泵    7.1.1  位置直接反饋式電液比例排量控制泵    7.1.2  位移-力反饋式電液比例排量控制泵    7.1.3  位移-電反饋型電液比例排量泵  7.2  電液比例壓力控制泵    7.2.1  直接控制式電液比例壓力調節(jié)泵    7.2.2  先導式電液比例壓力控制泵  7.3  電液比例流量控制變量泵    7.3.1  電液比例流量控制變量泵的流量控制與調節(jié)    7.3.2  電液比例流量控制變量泵的靜特性    7.3.3  帶截流控制的電液比例流量控制泵  7.4  電液復合比例變量泵    7.4.1  壓力補償型電液比例復合控制泵    7.4.2  電反饋型電液比例復合控制泵  思考題  習題8  電液比例控制基本回路及應用  8.1  電液比例壓力、力控制回路及其應用    8.1.1  電液比例調壓回路    8.1.2  電液比例減壓回路    8.1.3  閉環(huán)電液比例壓力(力)控制回路和系統(tǒng)應用  8.2  電液比例速度控制回路與系統(tǒng)應用    8.2.1  開環(huán)比例節(jié)流速度控制回路    8.2.2  閉環(huán)比例節(jié)流速度控制回路    8.2.3  比例容積速度控制回路    8.2.4  電液比例速度控制回路的應用實例——液壓電梯比例速度控制系統(tǒng)  8.3  電液比例壓力-速度控制回路    8.3.1  比例壓力流量復合控制閥的壓力-速度控制回路    8.3.2  比例壓力流量控制復合泵的壓力-速度控制回路  8.4  比例方向及速度控制回路    8.4.1  對稱執(zhí)行元件的比例方向與速度控制回路    8.4.2  非對稱執(zhí)行元件的電液比例方向與速度控制回路    8.4.3  電液比例差動控制回路    8.4.4  電液比例方向速度控制系統(tǒng)實例——平面磨床工作臺方向速度    控制系統(tǒng)  8.5  比例方向閥節(jié)流調速的壓力補償控制回路    8.5.1  比例方向閥的進油節(jié)流壓力補償控制回路    8.5.2  比例方向閥的回油節(jié)流壓力補償控制回路    8.5.3  比例方向閥節(jié)流調速壓力補償應用實例  8.6  電液比例位置控制回路與系統(tǒng)    8.6.1  采用比例節(jié)流閥控制的開環(huán)減速定位控制系統(tǒng)    8.6.2  閉環(huán)比例位置控制回路    8.6.3  電液比例位置控制應用實例  8.7  電液比例同步控制回路系統(tǒng)    8.7.1  采用比例調速閥的同步回路及其應用    8.7.2  采用電液比例方向閥的同步回路及其應用    8.7.3  采用比例流量變量泵的比例同步回路  習題9  放大器  9.1  概述  9.2  放大器中主要基本電路    9.2.1  輸入電路    9.2.2  電壓調節(jié)電路    9.2.3  功率放大電路    9.2.4  顫振電路  9.3  伺服放大器    9.3.1  結構原理    9.3.2  典型應用  9.4  比例放大器    9.4.1  結構原理    9.4.2  典型應用  9.5  放大器的使用  思考題10  電液伺服和比例控制系統(tǒng)的使用和維護  10.1  電液伺服與比例控制系統(tǒng)的使用和維護  10.2  電液伺服與比例控制系統(tǒng)的常見故障    10.2.1  電氣控制系統(tǒng)故障    10.2.2  液壓系統(tǒng)故障    10.2.3  電液伺服閥和電液比例閥的故障參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：1電液比例與伺服控制系統(tǒng)概述1.1 電液比例與伺服控制技術的發(fā)展概況從廣義上說，凡是系統(tǒng)的被控量（輸出）能隨輸入或指令信號的變化連續(xù)地、成比例地得到控制的系統(tǒng)，都可以稱為比例控制系統(tǒng)。液壓伺服控制系統(tǒng)應屬于比例控制系統(tǒng)的范疇。但人們習慣上將采用電液比例控制元件的系統(tǒng)稱為電液比例控制系統(tǒng)，將采用液壓伺服控制元件的系統(tǒng)稱為液壓伺服控制系統(tǒng)。電液比例和伺服控制技術是液壓技術的重要分支，也是自動控制技術的重要分支。流體傳動與控制技術已有很長的歷史，但作為現(xiàn)代電液控制系統(tǒng)的發(fā)展，只需追溯到第二次世界大戰(zhàn)期間。當時由于軍事上的需要，在第二次世界大戰(zhàn)后期，由于噴氣式飛機的飛行速度很高，因此對控制系統(tǒng)的快速性、動態(tài)精度和功率一重量比提出了更高的要求。1940年底，在飛機上首先出現(xiàn)了電液伺服控制系統(tǒng)。當時的控制閥是由伺服電機驅動。伺服電機的慣量大，使其成為限制系統(tǒng)動態(tài)特性的主要環(huán)節(jié)。經(jīng)過10多年的發(fā)展，至20世紀50年代后期，相繼研制成了高響應的永磁式力矩馬達和以噴嘴擋板閥為先導閥的電液伺服閥，使電液伺服系統(tǒng)成為當時響應最快、控制精度最高的伺服系統(tǒng)，為電液伺服技術的發(fā)展奠定了實踐基礎。到了60年代，由于各種反饋控制技術的應用，進一步提高了電液伺服閥的性能。許多工業(yè)部門和技術領域對高響應、高精度、高功率一重量比和大功率控制系統(tǒng)不斷發(fā)展的需要，又進一步促進了電液伺服控制技術的發(fā)展，使電液伺服技術日臻成熟，使其廣泛應用于各工業(yè)部門和軍事領域，應用在飛機、船舶、航天器、近代科學實驗裝置及武器控制裝置上。20世紀60年代后期，各類民用工程對電液控制技術的需求顯得更加廣泛和迫切。但是由于傳統(tǒng)的伺服閥對流體介質的清潔度要求十分苛刻，制造成本和維護費用都較高昂，系統(tǒng)能耗也比較大，使其難以為一般工業(yè)用戶所接受。而普通的電液傳動控制又不能滿足對較高質量控制系統(tǒng)的要求。因此，人們希望開發(fā)一種可靠、廉價，控制精度和響應特性能滿足一般工業(yè)控制系統(tǒng)實際需要的電液控制系統(tǒng)。這就使20世紀60年代末、70年代初在發(fā)展工業(yè)伺服閥的同時，開始出現(xiàn)了電液比例技術的發(fā)展。初期的比例閥則是在傳統(tǒng)的工業(yè)用液壓閥的基礎上，采用可靠、廉價的電一機械轉換器（比例電磁鐵）和與之相適應的閥內設計，從而開發(fā)出對油質要求與一般工業(yè)閥相近，閥內壓力損失小，性能又能滿足大部分工業(yè)控制要求的電液比例控制元件。電液比例與伺服技術發(fā)展到今天，大致可以分為以下幾個階段：（1）20世紀40年代初期，從噴氣式飛機上使用的電液伺服系統(tǒng)開始，是電液伺服技術的成長期。（2）20世紀50～60年代，可以認為是電液伺服技術的發(fā)展時期。這時各種高性能的電液伺服閥不斷產生，使電液伺服系統(tǒng)成為當時響應最快、控制精度最高的控制系統(tǒng)，也是連接電子技術與大功率控制設備之間的重要橋梁，得到廣泛的應用。

編輯推薦

《電液比例與伺服控制》是由冶金工業(yè)出版社出版的。

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