電液比例與伺服控制

前言

電液比例與伺服控制技術(shù)是流體傳動(dòng)與控制技術(shù)的重要分支，也是自動(dòng)控制技術(shù)的重要分支。由于結(jié)合了液壓技術(shù)能傳遞較大功率、剛性大、響應(yīng)快等優(yōu)越性與電子控制技術(shù)的靈活性，尤其是近年來(lái)電液比例技術(shù)的迅猛發(fā)展，使電液比例與伺服控制技術(shù)應(yīng)用到幾乎所有的工業(yè)部門(mén)和航空、航天、軍事領(lǐng)域中。電液比例與伺服控制技術(shù)的基礎(chǔ)都是工程流體力學(xué)、自動(dòng)控制理論、電力電子技術(shù)和液壓傳動(dòng)與控制技術(shù)。它們雖然各有特點(diǎn)、區(qū)別，應(yīng)用場(chǎng)合也有所不同，但在組件的結(jié)構(gòu)、性能及分析問(wèn)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(shù)已越來(lái)越難區(qū)分。這是科技發(fā)展的必然趨勢(shì)。本書(shū)系統(tǒng)介紹了電液比例與伺服控制技術(shù)的基礎(chǔ)理論、基本組件、系統(tǒng)組成及性能特點(diǎn)。全書(shū)共分十章，系統(tǒng)地、循序漸進(jìn)地闡述了電液比例與伺服控制中的各種控制元件、動(dòng)力元件及系統(tǒng)的工作原理、性能特點(diǎn)、建模和分析方法，并從實(shí)用的角度出發(fā)，簡(jiǎn)要介紹了系統(tǒng)的校正方法、實(shí)用基本回路及其應(yīng)用、伺服比例放大器的原理和應(yīng)用、比例與伺服系統(tǒng)的使用和維護(hù)常識(shí)。本書(shū)是在總結(jié)了過(guò)去數(shù)年編者的教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上寫(xiě)成的，同時(shí)盡可能地吸收了國(guó)內(nèi)外電液比例與伺服控制技術(shù)的最新研究成果和應(yīng)用實(shí)例。電液比例與伺服控制技術(shù)既有共同的理論基礎(chǔ)、相似的液壓組件結(jié)構(gòu)、相同的性能分析方法，又有各自的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能特點(diǎn)，應(yīng)用方面也不盡相同。因此，本書(shū)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(lèi)特點(diǎn)、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(shù)中共有的液壓放大元件、液壓動(dòng)力元件的結(jié)構(gòu)、工作原理及建模方法、組件性能及其分析方法。

內(nèi)容概要

本書(shū)系統(tǒng)介紹了電液比例與伺服控制技術(shù)的基礎(chǔ)理論、基本元件、系統(tǒng)組成及性能特點(diǎn)。全書(shū)共分十章，系統(tǒng)地、循序漸進(jìn)地闡述了電液比例與伺服控制中的各種控制元件、動(dòng)力元件及系統(tǒng)的工作原理、性能特點(diǎn)、建模和分析方法，并從實(shí)用的角度出發(fā)，簡(jiǎn)要介紹了系統(tǒng)的校正方法、實(shí)用基本回路及其應(yīng)用、伺服比例放大器的原理和應(yīng)用、比例與伺服系統(tǒng)的使用和維護(hù)常識(shí)。本書(shū)內(nèi)容取材適當(dāng)，每章配有一定數(shù)量的思考題和習(xí)題，便于教學(xué)與自學(xué)。    本書(shū)可作為高等學(xué)校機(jī)械電子專(zhuān)業(yè)、流體傳動(dòng)與控制專(zhuān)業(yè)方向及有關(guān)專(zhuān)業(yè)教材，也可供從事機(jī)械電氣方面工作的工程技術(shù)人員參考。

書(shū)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(shù)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(diǎn)    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(diǎn)    1.3.1  液壓開(kāi)關(guān)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(diǎn)  1.4  電液比例與伺服控制系統(tǒng)的分類(lèi)與組成    1.4.1  電液比例與伺服控制系統(tǒng)的分類(lèi)    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(jié)構(gòu)與分類(lèi)    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(jí)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(dá)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(kāi)口四邊閥的靜特性    2.3.1  理想零開(kāi)口四邊滑閥的靜特性    2.3.2  實(shí)際零開(kāi)口四邊滑閥的靜特性  2.4  正開(kāi)口與負(fù)開(kāi)口四邊閥的靜特性    2.4.1  正開(kāi)口四邊閥的靜特性    2.4.2  負(fù)開(kāi)口滑閥分析  2.5  雙邊滑閥的靜特性    2.5.1  零開(kāi)口雙邊滑閥的靜特性    2.5.2  正開(kāi)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(dòng)量方程與液動(dòng)力    2.7.2  液流對(duì)控制閥的作用力分析  思考題  習(xí)題3  液壓動(dòng)力元件  3.1  四通閥(四邊閥)控液壓缸的數(shù)學(xué)模型    3.1.1  基本方程及其拉氏變換式    3.1.2  四通閥控對(duì)稱(chēng)液壓缸的方塊圖及傳遞函數(shù)    3.1.3  傳遞函數(shù)的簡(jiǎn)化  3.2  四通閥控制液壓馬達(dá)的數(shù)學(xué)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(dòng)力元件的參數(shù)分析    3.3.1  液壓扭矩放大器    3.3.2  沒(méi)有彈性負(fù)載時(shí)液壓動(dòng)力元件的頻率特性分析    3.3.3  有彈性負(fù)載時(shí)液壓動(dòng)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(dá)    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(dá)與閥控液壓馬達(dá)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(jī)構(gòu)  3.6  液壓動(dòng)力元件與負(fù)載的匹配    3.6.1  等效負(fù)載的計(jì)算    3.6.2  負(fù)載軌跡    3.6.3  閥控液壓動(dòng)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(dòng)力元件的輸出特性    3.6.5  液壓動(dòng)力元件與負(fù)載的匹配  思考題  習(xí)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(jié)構(gòu)組成    4.1.2  電液伺服閥的分類(lèi)  4.2  電液伺服閥中的電-機(jī)械轉(zhuǎn)換元件    4.2.1  永磁動(dòng)鐵式力矩馬達(dá)    4.2.2  永磁動(dòng)圈式力馬達(dá)    4.2.3  動(dòng)鐵式力矩馬達(dá)與動(dòng)圈式力馬達(dá)的性能比較  4.3  典型兩級(jí)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(dòng)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(xí)題5  電液伺服控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)  5.1  電液伺服控制系統(tǒng)的工作原理與類(lèi)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(lèi)  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(shè)計(jì)    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(dòng)壓反饋校正    5.3.6  采用PID調(diào)節(jié)器的校正    5.3.7  電液位置伺服系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)計(jì)算實(shí)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(xué)模型的建立    5.5.3  電液力控制系統(tǒng)動(dòng)、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(xí)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(lèi)    6.1.2  電液比例閥的構(gòu)成  6.2  比例電磁鐵    6.2.1  比例電磁鐵的結(jié)構(gòu)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(dòng)式比例溢流閥    6.3.2  先導(dǎo)式比例溢流閥    6.3.3  比例溢流閥的特性    6.3.4  直動(dòng)式比例減壓閥    6.3.5  先導(dǎo)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(dòng)式比例節(jié)流閥    6.4.2  先導(dǎo)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(fù)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(diǎn)與分類(lèi)    6.5.2  直動(dòng)式比例方向閥    6.5.3  先-導(dǎo)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(diǎn)    6.6.2  單級(jí)伺服比例閥    6.6.3  先導(dǎo)式電液伺服比例閥  思考題  習(xí)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(diào)節(jié)泵    7.2.2  先導(dǎo)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(diào)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(fù)合比例變量泵    7.4.1  壓力補(bǔ)償型電液比例復(fù)合控制泵    7.4.2  電反饋型電液比例復(fù)合控制泵  思考題  習(xí)題8  電液比例控制基本回路及應(yīng)用  8.1  電液比例壓力、力控制回路及其應(yīng)用    8.1.1  電液比例調(diào)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(yīng)用  8.2  電液比例速度控制回路與系統(tǒng)應(yīng)用    8.2.1  開(kāi)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(yīng)用實(shí)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(fù)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(fù)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(duì)稱(chēng)執(zhí)行元件的比例方向與速度控制回路    8.4.2  非對(duì)稱(chēng)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(dòng)控制回路    8.4.4  電液比例方向速度控制系統(tǒng)實(shí)例——平面磨床工作臺(tái)方向速度    控制系統(tǒng)  8.5  比例方向閥節(jié)流調(diào)速的壓力補(bǔ)償控制回路    8.5.1  比例方向閥的進(jìn)油節(jié)流壓力補(bǔ)償控制回路    8.5.2  比例方向閥的回油節(jié)流壓力補(bǔ)償控制回路    8.5.3  比例方向閥節(jié)流調(diào)速壓力補(bǔ)償應(yīng)用實(shí)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(kāi)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(yīng)用實(shí)例  8.7  電液比例同步控制回路系統(tǒng)    8.7.1  采用比例調(diào)速閥的同步回路及其應(yīng)用    8.7.2  采用電液比例方向閥的同步回路及其應(yīng)用    8.7.3  采用比例流量變量泵的比例同步回路  習(xí)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(diào)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(jié)構(gòu)原理    9.3.2  典型應(yīng)用  9.4  比例放大器    9.4.1  結(jié)構(gòu)原理    9.4.2  典型應(yīng)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(hù)  10.1  電液伺服與比例控制系統(tǒng)的使用和維護(hù)  10.2  電液伺服與比例控制系統(tǒng)的常見(jiàn)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(xiàn)

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(shù)的發(fā)展概況從廣義上說(shuō)，凡是系統(tǒng)的被控量（輸出）能隨輸入或指令信號(hào)的變化連續(xù)地、成比例地得到控制的系統(tǒng)，都可以稱(chēng)為比例控制系統(tǒng)。液壓伺服控制系統(tǒng)應(yīng)屬于比例控制系統(tǒng)的范疇。但人們習(xí)慣上將采用電液比例控制元件的系統(tǒng)稱(chēng)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(chēng)為液壓伺服控制系統(tǒng)。電液比例和伺服控制技術(shù)是液壓技術(shù)的重要分支，也是自動(dòng)控制技術(shù)的重要分支。流體傳動(dòng)與控制技術(shù)已有很長(zhǎng)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(dāng)時(shí)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(jī)的飛行速度很高，因此對(duì)控制系統(tǒng)的快速性、動(dòng)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(jī)上首先出現(xiàn)了電液伺服控制系統(tǒng)。當(dāng)時(shí)的控制閥是由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。伺服電機(jī)的慣量大，使其成為限制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的主要環(huán)節(jié)。經(jīng)過(guò)10多年的發(fā)展，至20世紀(jì)50年代后期，相繼研制成了高響應(yīng)的永磁式力矩馬達(dá)和以噴嘴擋板閥為先導(dǎo)閥的電液伺服閥，使電液伺服系統(tǒng)成為當(dāng)時(shí)響應(yīng)最快、控制精度最高的伺服系統(tǒng)，為電液伺服技術(shù)的發(fā)展奠定了實(shí)踐基礎(chǔ)。到了60年代，由于各種反饋控制技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)一步提高了電液伺服閥的性能。許多工業(yè)部門(mén)和技術(shù)領(lǐng)域?qū)Ω唔憫?yīng)、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(jìn)一步促進(jìn)了電液伺服控制技術(shù)的發(fā)展，使電液伺服技術(shù)日臻成熟，使其廣泛應(yīng)用于各工業(yè)部門(mén)和軍事領(lǐng)域，應(yīng)用在飛機(jī)、船舶、航天器、近代科學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置及武器控制裝置上。20世紀(jì)60年代后期，各類(lèi)民用工程對(duì)電液控制技術(shù)的需求顯得更加廣泛和迫切。但是由于傳統(tǒng)的伺服閥對(duì)流體介質(zhì)的清潔度要求十分苛刻，制造成本和維護(hù)費(fèi)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(hù)所接受。而普通的電液傳動(dòng)控制又不能滿(mǎn)足對(duì)較高質(zhì)量控制系統(tǒng)的要求。因此，人們希望開(kāi)發(fā)一種可靠、廉價(jià)，控制精度和響應(yīng)特性能滿(mǎn)足一般工業(yè)控制系統(tǒng)實(shí)際需要的電液控制系統(tǒng)。這就使20世紀(jì)60年代末、70年代初在發(fā)展工業(yè)伺服閥的同時(shí)，開(kāi)始出現(xiàn)了電液比例技術(shù)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(chǔ)上，采用可靠、廉價(jià)的電一機(jī)械轉(zhuǎn)換器（比例電磁鐵）和與之相適應(yīng)的閥內(nèi)設(shè)計(jì)，從而開(kāi)發(fā)出對(duì)油質(zhì)要求與一般工業(yè)閥相近，閥內(nèi)壓力損失小，性能又能滿(mǎn)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(shù)發(fā)展到今天，大致可以分為以下幾個(gè)階段：（1）20世紀(jì)40年代初期，從噴氣式飛機(jī)上使用的電液伺服系統(tǒng)開(kāi)始，是電液伺服技術(shù)的成長(zhǎng)期。（2）20世紀(jì)50～60年代，可以認(rèn)為是電液伺服技術(shù)的發(fā)展時(shí)期。這時(shí)各種高性能的電液伺服閥不斷產(chǎn)生，使電液伺服系統(tǒng)成為當(dāng)時(shí)響應(yīng)最快、控制精度最高的控制系統(tǒng)，也是連接電子技術(shù)與大功率控制設(shè)備之間的重要橋梁，得到廣泛的應(yīng)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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