阀控液压马达速度伺服系统仿真分析
引言
阀控液压马达速度伺服系统的负载具有较大的惯性和很小的阻尼，其传递函数常可近似由一对实部为零的极点组成，并有很低的动态响应，由于负载处在系统的闭环之中，所以它对阀控液压马达的动态品质有很大的影响。此外，系统的负载常是可变的，系统设计只能针对一种特定负载，负载一旦改变，系统的动态品质就会变坏，有时甚至失去稳定性，严重的影响了伺服系统的跟踪性能。本文主要针对干扰力矩对系统的影响，利用结构不变性原理，消除干扰力矩对系统的影响，同时利用PID 控制理论来提高系统的动态性能。
1 阀控液压马达速度伺服系统模型建立
阀控液压马达速度伺服系统的结构如图1所示。
液压马达的力矩方程为：
f m m s l m T G s C J P +++=θ)(D （1）
负载流量方程为： l e
m m l tm l sP V s D P C βθ4Q +== （2）
伺服阀的线性流量方程为：
L p x l P K x k Q -= （3） 电液伺服阀近似看成二阶振荡环节： 122^2^)()(++=s S K s i s x sv
sv sv sv v ωξω （4） 伺服放大器输出电流ΔI 与输入电压Ue 近似成正比，其传递函数可用伺服放大器增益Ka 表示：
但通常的速度控制系统采用积分放大器，对原系统加以校正才能稳定工作。校正后的积分放大器增益Ka 表示为：
测速机速度传感器（测速机）的数学模型为：
在上述公式中：v x 为电液伺服阀阀芯位移；i 为电液伺服
阀输入电流；v sv k s sv ωξ、、分别为电液伺服阀的增益、阻尼系数和固有频率；m D 为马达排量；L Q 为马达的负载流量；x K 为流量增益系数；p K 为流量一压力系数；只为供油压力；s P 为负载压力；m θ为马达转速；e β为从油液有效体积弹性模数；V 为马达的总容积；J 为折算到
马达输出轴上的转动惯量；f T 为外干扰力矩；tm C 为马达泄露系数；
m C 为粘性阻尼系数；G 为扭簧梯度。Ue 为积分放大器额定电压，；Ka 为积分放大器增益。为传感器电压；为速度传感器增益。
2 电液速度控制系统原理
首先给出阀控液压马达速度控制系统的实际物理模型：
如图所示，该系统由伺服放大器、电液伺服阀、液压马达、测速电动机等组成。测速电机轴与负载机轴相联，用于检测负载轴的速度，检测到的速度信号与指令信号差（误差信号）经伺服放大器进行功率放大，产生的电流用来控制电液伺服阀的阀芯位置，电液伺服阀输出压力油驱动液压马达及负载旋转。
根据所建立的物理模型，可以建立相对应的闭环控制系统原理的方框图：
伺服放大器伺服阀
液压马达
测速机
速度信号电压
+-
仿真系统动态方块图
根据所给出的系统原理方框图以及所求得的各环节数学模型，
可以得出仿真系统经过积分环节校正后的系统动态方块图如下：
K a
s
K sv
s2
ωsv2
+2ξh
ωsv
s+1
K s
s2
ωh2+
2ξh
ωh s+1
K fs s
Ur
Uf
Ue
+
-
θm
3 问题描述
现有一阀控液压伺服速度控制系统，其原理图如图1，考虑伺服阀的动态，伺服参数为：=3060e-6,=600,=0.5,液压缸的参数为=1.25e6，=388，=0.94，放大器增益=0.05，试用simulink对该系统进行动态分析，并比较校正前后系统稳定性，分析校正前后的变化。
4 解题步骤
（1）根据给定的参数，利用simulink对该系统进行未加积分环节校正的系统建模，如下图所示：
未校正系统的simulink模型
（2）绘制未校正系统的伯德图。Matlab程序如下：
clear all;clc;
Wsv=600;zuni1=0.5;Ksv=3060e-6;Ka=0.05;i=3;Kf=0.175;
Wh=388;zuni2=0.94;Kh=1.25e6;
sys=tf(Ka*Ksv*i*Kf*Kh,conv([1/Wsv^2 2*zuni1/Wsv 1],[1/Wh^2 2*zuni2/Wh 1]));
Figure;margin(sys);
grid;
分析bode图：
从图可看出系统的稳定裕量（Gm=-32.6dB,Pm=-128°）为负，可以断定其闭环系统是不稳定的。及时K0值调很低，对数幅频特性曲线也是以-80dB/dec或-40dB/dec的斜率穿过零分贝线，系统的相位裕量和幅值裕量都趋于负值，使系统不稳定。为了使系统有一定的稳定裕度量，必须加校正环节。在速度控制系统中，可以用运算放大器组成积分放大器代替原来的放大器。积分放大器如下图所示：
积分放大器
其传递函数为：
其中，Ka=0.05。
加了校正之后的系统仿真方框图如下：
校正后速度控制系统的仿真框图
矫正后的MATLAB程序：
clear all;clc;
Wsv=600;zuni1=0.5;Ksv=3060e-6;Ka=0.05;i=3;Kf=0.175;
Wh=388;zuni2=0.94;Kh=1.25e6;
sys=tf(Ka*Ksv*Kh,conv([1/Wsv^2 2*zuni1/Wsv 1 0],[1/Wh^2 2*zuni2/Wh 1]));
figure;margin(sys);
grid;
第二章 思考题 1、为什么把液压控制阀称为液压放大元件？ 答：因为液压控制阀将输入的机械信号（位移）转换为液压信号（压力、流量）输出，并进行功率放大，移动阀芯所需要的信号功率很小，而系统的输出功率却可以很大。 2、什么是理想滑阀？什么是实际滑阀？ 答： 理想滑阀是指径向间隙为零，工作边锐利的滑阀。 实际滑阀是指有径向间隙，同时阀口工作边也不可避免地存在小圆角的滑阀。 4、什么叫阀的工作点？零位工作点的条件是什么？ 答：阀的工作点是指压力-流量曲线上的点，即稳态情况下，负载压力为p L ，阀位移x V 时，阀的负载流量为q L 的位置。 零位工作点的条件是 q =p =x =0L L V 。 5、在计算系统稳定性、响应特性和稳态误差时，应如何选定阀的系数？为什么？ 答：流量增益q q = x L V K ??，为放大倍数，直接影响系统的开环增益。 流量-压力系数c q =- p L L K ??，直接影响阀控执行元件的阻尼比和速度刚度。 压力增益p p = x L V K ??，表示阀控执行元件组合启动大惯量或大摩擦力负载的能力 当各系数增大时对系统的影响如下表所示。 7、径向间隙对零开口滑阀的静态特性有什么影响？为什么要研究实际零开口滑阀的泄漏特性？ 答：理想零开口滑阀c0=0K ，p0=K ∞，而实际零开口滑阀由于径向间隙的影响，存在泄漏 流量2c c0r = 32W K πμ ，p0c K ，两者相差很大。
理想零开口滑阀实际零开口滑阀因有径向间隙和工作边的小圆角，存在泄漏，泄漏特性决定了阀的性能，用泄漏流量曲线可以度量阀芯在中位时的液压功率损失大小，用中位泄漏流量曲线来判断阀的加工配合质量。 8、理想零开口阀具有线性流量增益，性能比较好，应用最广泛，但加工困难；因为实际阀总存在径向间隙和工作边圆角的影响。 9、什么是稳态液动力？什么是瞬态液动力？ 答：稳态液动力是指，在阀口开度一定的稳定流动情况下，液流对阀芯的反作用力。 瞬态液动力是指，在阀芯运动过程中，阀开口量变化使通过阀口的流量发生变化，引起阀腔内液流速度随时间变化，其动量变化对阀芯产生的反作用力。 习题 1、有一零开口全周通油的四边滑阀，其直径-3 d=810m ?，径向间隙-6c r =510m ?，供油压力5s p =7010a P ?，采用10号航空液压油在40C 。 工作，流量系数d C =0.62，求阀的零位 系数。 解：零开口四边滑阀的零位系数为： 零位流量增益 q0d K C =零位流量-压力系数 2c c0r 32W K πμ = 零位压力增益 p0c K = 将数据代入得 2q0 1.4m s K = 123c0 4.410m s a K P -=?? 11p0 3.1710a m K P =? 2、已知一正开口量-3 =0.0510m U ?的四边滑阀，在供油压力5s p =7010a P ?下测得零位泄 露流量c q =5min L ，求阀的三个零位系数。 解：正开口四边滑阀的零位系数为： 零位流量增益 c q0q K U = 零位流量-压力系数 c c0s q 2p K =
1.应用背景 在海上风机吊装工程中，经常需要进行速度控制，如原动机调速、吊臂垂直及回转装置的速度控制等。在该项目的工程设计及应用当中的电液位置伺服系统也经常采用速度局部反馈回路来提高系统的刚度和减小伺服阀等参数变化的影响，提高系统的精度。 电液速度控制系统按控制方式可分为：阀控液压马达速度控制系统和泵空液压马达速度控制系统。阀控液压马达系统一般用于小功率系统，而泵控马达系统一般用于大功率系统。在本次的实验中，主要针对阀控马达速动控制系统的校正前后变化，通过MATLAB的simulink对其进行仿真比较分析。 2.电液速度控制系统原理 首先给出阀控液压马达速度控制系统的实际物理模型： 如图１所示，该系统由伺服放大器、电液伺服阀、液压马达、测速电动机等组成。测速电机轴与负载机轴相联，用于检测负载轴的速度，检测到的速度信号与指令信号差（误差信号）经伺服放大器进行功率放大，产生的电流用来控制电液伺服阀的阀芯位置，电液伺服阀输出压力油驱动液压马达及负载旋转。 根据所建立的物理模型，可以建立相对应的闭环控制系统原理的方框图：
图2 阀控马达速度控制系统方框图 3.系统各环节数学模型 3.1伺服放大器 伺服放大器输出电流ΔI与输入电压Ue近似成正比，其传递函数可用伺服放大器增益Ka表示： （1） 但通常的速度控制系统采用积分放大器，对原系统加以校正才能稳定工作。校正后的积分放大器增益Ka表示为： （2） 式中：Ue为积分放大器额定电压，V； Ka为积分放大器增益，A/V。 3.2伺服阀 伺服阀的流量增益为： (3) 式中：为伺服阀流量增益，m 3/(s*A)； 为伺服阀空载流量，m3/s; 为伺服阀额定电流，A。 伺服阀传递函数为：
阀控液压马达速度伺服系统仿真分析 引言 阀控液压马达速度伺服系统的负载具有较大的惯性和很小的阻尼，其传递函数常可近似由一对实部为零的极点组成，并有很低的动态响应，由于负载处在系统的闭环之中，所以它对阀控液压马达的动态品质有很大的影响。此外，系统的负载常是可变的，系统设计只能针对一种特定负载，负载一旦改变，系统的动态品质就会变坏，有时甚至失去稳定性，严重的影响了伺服系统的跟踪性能。本文主要针对干扰力矩对系统的影响，利用结构不变性原理，消除干扰力矩对系统的影响，同时利用PID 控制理论来提高系统的动态性能。 1 阀控液压马达速度伺服系统模型建立 阀控液压马达速度伺服系统的结构如图1所示。 液压马达的力矩方程为： f m m s l m T G s C J P +++=θ)(D （1） 负载流量方程为： l e m m l tm l sP V s D P C βθ4Q +== （2）
伺服阀的线性流量方程为： L p x l P K x k Q -= （3） 电液伺服阀近似看成二阶振荡环节： 1 22^2^)()(++= s S K s i s x sv sv sv sv v ωξω （4） 伺服放大器输出电流ΔI 与输入电压Ue 近似成正比，其传递函数可用伺服放大器增益Ka 表示： 错误!未指定书签。 但通常的速度控制系统采用积分放大器，对原系统加以校正才能稳定工作。校正后的积分放大器增益Ka 表示为： 测速机速度传感器（测速机）的数学模型为： 错误!未指定书签。 在上述公式中：v x 为电液伺服阀阀芯位移；i 为电液伺服阀输入电流；v sv k s sv ωξ、、分别为电液伺服阀的增益、阻尼系数和固有频率；m D 为马达排量；L Q 为马达的负载流量； x K 为流量增益系数；p K 为流量一压力系数；只为供油压力；s P 为负 载压力；m θ为马达转速；e β为从油液有效体积弹性模数；V 为马达的总容积；J 为折算到马达输出轴上的转动惯量；f T 为外干扰力矩； tm C 为马达泄露系数；m C 为粘性阻尼系数；G 为扭簧梯度。Ue 为积分 放大器额定电压，；Ka 为积分放大器增益。错误!未指定书签。为传感器电压；错误!未指定书签。为速度传感器增益。
液压控制系统王春行版课后题答案
第二章 思考题 1、为什么把液压控制阀称为液压放大元件？ 答：因为液压控制阀将输入的机械信号（位移）转换为液压信号（压力、流量）输出，并进行功率放大，移动阀芯所需要的信号功率很小，而系统的输出功率却能够很大。 2、什么是理想滑阀？什么是实际滑阀？ 答：理想滑阀是指径向间隙为零，工作边锐利的滑阀。 实际滑阀是指有径向间隙，同时阀口工作边也不可避免地存在小圆角的滑阀。 4、什么叫阀的工作点？零位工作点的条件是什么？ 答：阀的工作点是指压力-流量曲线上的点，即稳态情况下，负载 压力为p L ，阀位移x V 时，阀的负载流量为q L 的位置。 零位工作点的条件是q=p=x=0 L L V 。 5、在计算系统稳定性、响应特性和稳态误差时，应如何选定阀的系数？为什么？ 答：流量增益 q q = x L V K ? ? ，为放大倍数，直接影响系统的开环增益。 流量-压力系数 c q =- p L L K ? ? ，直接影响阀控执行元件的阻尼比和 速度刚度。 压力增益 p p = x L V K ? ? ，表示阀控执行元件组合启动大惯量或大摩 擦力负载的能力
当各系数增大时对系统的影响如下表所示。 7、径向间隙对零开口滑阀的静态特性有什么影响？为什么要研究实际零开口滑阀的泄漏特性？ 答：理想零开口滑阀c0=0K ，p0=K ∞，而实际零开口滑阀由于径向间隙的影响，存在泄漏流量2c c0r =32W K πμ ，p0c K ，两者相差 很大。 理想零开口滑阀实际零开口滑阀因有径向间隙和工作边的小圆角，存在泄漏，泄漏特性决定了阀的性能，用泄漏流量曲线能够度量阀芯在中位时的液压功率损失大小，用中位泄漏流量曲线来判断阀的加工配合质量。 9、什么是稳态液动力？什么是瞬态液动力？ 答：稳态液动力是指，在阀口开度一定的稳定流动情况下，液流对阀芯的反作用力。 瞬态液动力是指，在阀芯运动过程中，阀开口量变化使经过阀口的流量发生变化，引起阀腔内液流速度随时间变化，其动量变化对阀芯产生的反作用力。
液压控制系统王春行版 课后题答案 Document number【980KGB-6898YT-769T8CB-246UT-18GG08】
第二章 思考题 1、为什么把液压控制阀称为液压放大元件 答：因为液压控制阀将输入的机械信号（位移）转换为液压信号（压力、流量）输出，并进行功率放大，移动阀芯所需要的信号功率很小，而系统的输出功率却可以很大。 2、什么是理想滑阀什么是实际滑阀 答：理想滑阀是指径向间隙为零，工作边锐利的滑阀。 实际滑阀是指有径向间隙，同时阀口工作边也不可避免地存在小圆角的滑阀。 4、什么叫阀的工作点零位工作点的条件是什么 答：阀的工作点是指压力-流量曲线上的点，即稳态情况下，负载压力为p L ， 阀位移x V 时，阀的负载流量为q L 的位置。 零位工作点的条件是q=p=x=0 L L V 。 5、在计算系统稳定性、响应特性和稳态误差时，应如何选定阀的系数为什么 答：流量增益 q q = x L V K ? ? ，为放大倍数，直接影响系统的开环增益。 流量-压力系数 c q =- p L L K ? ? ，直接影响阀控执行元件的阻尼比和速度刚度。 压力增益 p p = x L V K ? ? ，表示阀控执行元件组合启动大惯量或大摩擦力负载的 能力 当各系数增大时对系统的影响如下表所示。 7、径向间隙对零开口滑阀的静态特性有什么影响为什么要研究实际零开口滑阀的泄漏特性
答：理想零开口滑阀c0=0K ，p0=K ∞，而实际零开口滑阀由于径向间隙的影 响，存在泄漏流量2c c0r = 32W K πμ ，p0c =K ，两者相差很大。 理想零开口滑阀实际零开口滑阀因有径向间隙和工作边的小圆角，存在泄漏，泄漏特性决定了阀的性能，用泄漏流量曲线可以度量阀芯在中位时的液压功率损失大小，用中位泄漏流量曲线来判断阀的加工配合质量。 9、什么是稳态液动力什么是瞬态液动力 答：稳态液动力是指，在阀口开度一定的稳定流动情况下，液流对阀芯的反作用力。 瞬态液动力是指，在阀芯运动过程中，阀开口量变化使通过阀口的流量发生变化，引起阀腔内液流速度随时间变化，其动量变化对阀芯产生的反作用力。 习题 1、有一零开口全周通油的四边滑阀，其直径-3d=810m ?，径向间隙 -6c r =510m ?，供油压力5s p =7010a P ?，采用10号航空液压油在40C 。工作，流 量系数d C =0.62，求阀的零位系数。 解：零开口四边滑阀的零位系数为： 零位流量增益 q0d K C =零位流量-压力系数 2c c0r 32W K πμ = 零位压力增益 p0c K = 将数据代入得 2q0 1.4m s K = 123c0 4.410m s a K P -=?? 11p0 3.1710a m K P =?
河南科技大学 课程设计说明书 课程名称专业课程设计 题目阀控缸位置伺服系统设计与分析 学院农业工程学院 班级农电111 学生姓名王银肖 指导教师岳菊梅 日期 2015年4月3日
专业课程设计任务书 班级：农电111 姓名：王银肖学号： 111403010124 设计题目：阀控缸位置伺服系统设计与分析 一、设计目的 熟悉专业课程设计的相关规程、规定，了解控制系统设计数学模型的基本建立方法和相关算法的计算机模拟，熟悉相关计算的内容，巩固已学习的相关专业课程内容，学习撰写工程设计说明书，对控制系统相关状态进行模拟，对控制系统设计相关参数计算机计算设计有初步的认识。 二、设计内容 阀控缸位置伺服系统原理如下图所示。 三、设计要求： 1. 指出并分析电液位置控制系统的基本组成和特点。 2. 分析电液伺服阀的主要特性与其参数。 3. 电液伺服阀的选则与使用。 4. 设计电液阀伺服系统并画出仿真图。 四、设计时间安排 查找相关资料（2天）、确定总体方案，进行必要的计算。（1天）、对电力系统相关状态进行模拟，计算相关参数，（2天）、使用（MATLAB）等相关软件进行控制系统设计与仿真（2天）、撰写设计报告（2天）和答辩（1天）。 五、主要参考文献 [1] 易孟林，曹树平，刘银水.电液控制技术[M].武汉:华中科技大学出版社,2010. [2] 王正林，王盛开，陈国顺. MATALAB与控制系统仿真[M].北京:电子工业出版社.2005. [3] 刘超.MATALAB基础与实践教程[M],北京:机械工业出版社.2011. 指导教师签字：年月日
第一章电液位置控制系统 (1) §1.1液压控制系统概论 (1) §1.2电液控制系统的基本组成及特点 (3) 第二章电液伺服阀的特性与主要性能参数 (6) §2.1 静态特性 (6) §2.1.1 负载流量特性 (6) §2.1.2 空载流量特性 (7) §2.1.3 压力特性 (9) §2.1.4 内泄漏特性 (10) 第三章电液伺服阀的选择与使用 (11) §3.1电液伺服阀的选择的一般原则 (11) §3.2 电液伺服规格的确定 (12) 第四章阀控缸位置伺服系统的的设计及MATLAB仿真 (14) §4.1 电液比例阀控缸位置伺服系统建模设计 (14) §4.1.1阀控缸模型设计及分析 (14) §4.1.2仿真调试图 (14) 总结 (18) 参考文献 (19)
第 二章 思考题 1、为什么把液压控制阀称为液压放大元件？ 答：因为液压控制阀将输入的机械信号（位移）转换为液压信号（压力、流量）输出，并进行功率放大，移动阀芯所需要的信号功率很小，而系统的输出功率却可以很大。 2、什么是理想滑阀？什么是实际滑阀？ 答： 理想滑阀是指径向间隙为零，工作边锐利的滑阀。 实际滑阀是指有径向间隙，同时阀口工作边也不可避免地存在小圆角的滑阀。 4、什么叫阀的工作点？零位工作点的条件是什么？ 答：阀的工作点是指压力-流量曲线上的点，即稳态情况下，负载压力为p L ，阀位移x V 时，阀的负载流量为q L 的位置。 零位工作点的条件是 q =p =x =0L L V 。 5、在计算系统稳定性、响应特性和稳态误差时，应如何选定阀的系数？为什么？ 答：流量增益q q = x L V K ??，为放大倍数，直接影响系统的开环增益。 流量-压力系数c q =- p L L K ??，直接影响阀控执行元件的阻尼比和速度刚度。 压力增益p p = x L V K ??，表示阀控执行元件组合启动大惯量或大摩擦力负载的能力 当各系数增大时对系统的影响如下表所示。 7、径向间隙对零开口滑阀的静态特性有什么影响？为什么要研究实际零开口滑阀的泄漏特性？ 答：理想零开口滑阀c0=0K ，p0=K ∞，而实际零开口滑阀由于径向间隙的影响，存在泄漏流量 2c c0r = 32W K πμ ，p0c = K ，两者相差很大。 理想零开口滑阀实际零开口滑阀因有径向间隙和工作边的小圆角，存在泄漏，泄漏特性决定了阀的性能，用泄漏流量曲线可以度量阀芯在中位时的液压功率损失大小，用中位泄漏流量曲线来判断阀的加工配合质量。 9、什么是稳态液动力？什么是瞬态液动力？ 答：稳态液动力是指，在阀口开度一定的稳定流动情况下，液流对阀芯的反作用力。 瞬态液动力是指，在阀芯运动过程中，阀开口量变化使通过阀口的流量发生变化，引起阀腔内液流速度随时间变化，其动量变化对阀芯产生的反作用力。
伺服系统中伺服系统中阀阀流量流量的确定的确定 葛声宏 一 从油缸开始设计 假设规定伺服阀额定流量时的阀压降为7Mpa,则每个通路的压降为3.5MPa 。液压系统的设计是从执行元件（油缸活马达）开始，也就是说根据负载来设计系统，确定伺服阀的规格的。 对于差动液压缸，必须分别考虑外伸行程和回缩行程如图1。 图1 阀控单作用缸系统 程序设计参数见图2：
图2 各变量参数值 程序设计窗体见图3： 图3 程序设计窗体界面 理论与算法： 总作用力F=Ma+Fc+F E+Fs 式中M——负载质量,kg; a ——加速度，m/s2; Fc——负载摩擦力，N,Fc=M*g*f; F E——外力,N; Fs——密封摩擦力,N，可从样本数据查出或假定为总作用力的10%。 力平衡方程式为 P1*A1=P2*A2+F; (1) 对于不等面积的缸，通过伺服阀俩流路的流量不同：Q1=Q2*R, R=A1/A2。由于阀上的压降与流量的平方成正比，即：Ps-P1=(P2-P T)*R2 (2) 合并（1）和（2）式，求得P1和P2为 P1=(Ps*A2+R2*(F+P T*A2)/(A2*(1+R2)) (3) P2=P T+(Ps-P1)/R2 (4) 所需流量Q L根据最高速度来确定，即Q L=Vmax*A1(5) 式中Vmax——执行元件的最大速度，m/s; A1——活塞面积，m2 由于阀流量额定值是假定在每个支路的压降为3.5MPa,实际压降是Ps-P1。阀额定流量QR 为: Q R=Q L*sqr(3.5/(Ps-P1)) (6) 对于内缩行程进行类似分析，得 P1=P T+(Ps-P2)*R2 (7) P2=(P S*A2*R3+F+P T*A2*R)/(A2*(1+R3)) 可按（5），（6）方法确定所需阀的额定流量值，所需伺服阀的额定流量值可根据外伸或内缩时较大的Q R值来确定。应使所选阀的最定额定流量等于或大于Q R.。对双作用缸或带负载的
第1、2章 1. 液压伺服控制系统是以液压动力元件作驱动装置所组成的反馈控制系统. 2. 按液压动力元件的控制方式，液压伺服系统可分为节流式控制、容积式控制两类。 3.阀控系统的优点是响应速度快、控制精度高、结构简单；缺点是效率低。 4. 泵控伺服系统的优点是效率高，缺点是响应速度慢、结构复杂。 5. 液压伺服系统体积小、重量轻、控制精度高、响应速度快。 6. 液压执行元件有直线位移式和旋转式两种，增加了它的适应性。 7. 滑阀按预开口型式划分，可分为正开口、零开口和负开口三种。 8．滑阀是靠节流原理工作的，借助于阀芯与阀套间的相对运动改变节流口面积的大小，对流体流量或压力进行控制。 9. 四通阀有两个控制口，可用来控制双作用液压缸或液压马达。三通阀只有一个控制口，故只能用来控制差动液压缸。 10. 滑阀的静态特性即压力-流量特性，是指稳态情况下，阀的负载流量、负载压力和阀芯位移三者之间的关系。 11．液动力分为稳态液动力和瞬态液动力。稳态液动力与滑阀的开口量成正比，瞬态液动力与滑阀开口量的变化率成正比。 12．在P L =2/3P s 时，整个液压伺服系统的效率最高，同时阀的输出功率也最大。 13．全周开口的滑阀不产生流量饱和的条件是W/x vm 〉67。 第3章 1．液压动力元件由液压放大元件和液压执行元件组成. 2．液压放大元件可以是液压控制阀，也可以是伺服变量泵。 3．液压执行元件是液压缸或液压马达。 4．四种基本形式的液压动力元件为： 阀控液压缸，阀控液压马达，泵空液压缸，泵控液压马达. 5．阀控液压缸系统中，A p P L 代表的物理量为：液压缸的总输出力。 6．没有弹性负载时，四通阀控制液压缸系统从输入信号X v 到输出信号X p 的传递函数为： 7．计算四通阀控制液压缸系统的液压固有频率时，通常取活塞活塞处于液压缸中位时的值，因为此时液压固有频率最低，系统稳定性最差。 8．负载特性即为负载力与负载速度之间的关系。 9．将系统一部份惯量、粘性阻尼系数和刚度折算到转速高i 倍的另一部分时，只需将它们除以i 2即可。相反地，将惯量、粘性阻尼系数和刚度折算到转速低i 倍的另一部分时，只需将它们乘以i 2即可。 10．如果动力元件的输出特性曲线不但包围负载轨迹，而且动力元件的最大输出功率点与负载的最大功率点相重合，就认为动力元件与负载是最佳匹配。 11．若最大功率点的负载力为*L F ，在供油压力P s 选定的 情况下，则液压缸的活塞面积A p =s L 23P F * 12．泵控液压马达与阀控液压马达相比较，其阻尼比较小，但较恒定。 第4章 1．由机械反馈装置和液压动力元件所组成的反馈控制系统称为机械液压伺服控制系统。 2．在机液伺服系统中，输入信号给定、反馈测量和比较均用机械构件实现。其优点是结构简单，工作可靠，维护简便；缺点是系统校正及系统增益的调整都不如电气系统方便。 3．若机械液压伺服系统的开环传递函数为 ) 12( h h 2 h 2 v ++= ωζωs s s K GH ，其中，K v 是开环放大系数 或速度放大系数，系统稳定的条件为：h h v 2ζω
液压伺服与比例控制系统三级项目 负责人：张伟 指导教师：姚静、艾超 开课学期：第六学期 课程类别：实践性教学环节 课程性质：专业基础课 适用专业：机电控制工程 1.目的 通过该实践教学环节，利用本门知识，结合工程实践中的典型液压伺服与比例控制系统，辅助计算机仿真技术，加深对液压伺服与比例控制系统课程中基本理论的理解，加深对基本液压伺服与比例控制元件的动态特性与结构参数、系统工况之间的关系的理解，加深对分析和校正液压伺服与比例控制系统的基本方法的理解，巩固学生对课本关键知识点的理解，培养学生一定的创新能力。 2.实施办法 1)教学时间安排 鼓励学生利用课外实践完成项目。 2)项目成绩 项目教学从属于课程教学，占本门课程总成绩的10%。成绩由三部分组成： (1) 组内互评3分，最优分和最差分相差不得小于2分； (2) 导师评分3分，最优分和最差分相差不得小于2分； (3) 总结答辩4分，最优分和最差分相差不得小于2分。 3)分组安排及指导老师 共90名学生，分成三个大组，一个大组配一名指导老师；每个大组分成6个小组，每组5人，具体分组见讨论课分组名单。 组长：张伟 第一组指导老师：张伟 第二组指导老师：姚静 第三组指导老师：艾超 卓工班指导老师：张伟 4)答辩安排 答辩时间：预计在第11周进行答辩，具体时间根据情况进行调整； 答辩委员会名单：
答辩顺序：随机抽取 主答辩人：随机抽取 5)课题设置 共设置6个题目，每个大组的6个小组随机抽取一题。
3. 课题方向及要求 3.1元件特性仿真分析 课题一、D665型先导式大流量电液伺服比例阀动态响应仿真分析 一、研究目的 采用AMESim软件仿真分析手段，通过本课题的完成，使学生对液压滑阀及电液伺服阀的相关理论进行更为深入的学习，重点掌握以下知识点： 1) 滑阀受力分析； 2) 两级先导式大流量电液伺服阀的工作原理； 3) 两级先导式大流量电液伺服阀的动态响应分析(时域分析、频域分析)； 4) 简要总结得出影响伺服阀动态特性的因素。 本课题研究内容如下： 1) D665型先导式大流量电液伺服比例阀功率级滑阀受力分析计算； 2) 建立D665型先导式大流量电液伺服比例阀的数学模型； 3) 采用AMESim软件建立D665型先导式大流量电液伺服比例阀仿真模型； 4) 得出该阀的静态特性曲线；得出该阀的时间响应曲线和频率响应曲线，得出阀的频宽。 课题研究过程如下： 1) 每人结合自己的研究过程，提交课题一份研究报告，研究报告不得雷同； 2) 报告完成后，组长组织成员对所有报告进行评议，并打分； 3) 导师对每名学生的研究报告进行品议，并打分； 4) 一份汇总研究报告和汇报PPT，完成后，向答辩委员会提交申请； 5) 组织答辩，并打分。 四、提交形式 1) 个人研究报告； 2) 汇总研究报告； 3) 汇报PPT。
1 引言 随着科学技术的高速发展，机电液控制技术在各行业得到了广泛的应用。在机械制造业中，机电液控制技术用于电液自动控制的机器人，以替代人完成海底作业和有毒现场的施工；用于电液控制的机械手，以替代人完成自动生产线上的焊接，喷漆，装配等；用于自动生产线的位置，速度与时间的控制；用于加工机械零件的加工中心，以实现六面体的高精度自动加工。在汽车及工程车辆中，机电液控制技术用于机液伺服转向系统；用于汽车的无人驾驶，自动换挡。在军事工业中机电液控制技术用于飞机的操纵系统；雷达跟踪和舰船的舵机装置；导弹的位置控制和发射架的自动控制等。液压技术被应用到工业领域已有80年的历史，然而液压伺服系统的出现到现在还不到50年。尽管它在各个工业领域都有广泛的应用，并随着数学，控制理论，计算机，电子器件和液压流体力学的发展获得了很大的进展，有力的推动了我国机械工业的飞速发展。 液压伺服控制技术是早已成熟的液压传动技术的新发展，是自动控制领域一个重要组成部分。 技术进步的需要的是液压控制技术发展的推动力。20世纪40年代由于军事刺激，高速喷气式飞行器要求响应快且精度高的操纵控制，1940年底，在飞机上出现了电液伺服系统。作为电液转换器，当时滑阀由伺服电机驱动，由于电机惯量大，所构成的电液转换器时间常数大，限制了整个系统的响应速度。到了50年代初，出现了快速响应的永磁力矩马达，该力矩马达拖动滑阀，提高了电液伺服阀的响应速度。60年代，结构多样的电液伺服阀相继出现，尤其是干式力矩马达的研制成功，使电液伺服阀的性能日趋完善，促使电液伺伺服系统迅速发展。近20年来，随着材料和工艺技术的进步，电液伺服阀的成本不断降低，性能明显提高，使得电液伺服系统应用更加广泛。但是，由于电液伺服阀对液体的清洁度要求十分苛刻，系统效率底，能耗大，综合费用还是相当高。 我国液压（含液力），大致可分为三个阶段，即：20世纪50年代初到60年代初为起步阶段；60~70年代为专业化生产体系成长阶段；80~90年代为快速发展阶段。其中，液压工业于50年代初从机床行业生产仿苏的磨床、拉床、仿形车床等液压传动起步。进入60年代后，液压技术的应用从机床逐渐推广到农业机械和工程机械等领域，这时，液压件产品已从仿苏产品发展为引进技术与自行设计相结合的产品，压
第二章 1、为什么把液压控制阀称为液压放大元件 答：因为液压控制阀将输入的机械信号（位移）转换为液压信号（压力、流量）输出，并行功率放 大，移动阀芯所需要的信号功率很小，而系统的输出功率却可以很大。 2、什么是理想滑阀什么是实际滑阀 理想滑阀：径向间隙为零，节流工作边锐利的滑阀 实际滑阀：存在径向间隙，节流工作边有圆角的滑阀 3、什么是三通阀、四通阀什么是双边滑阀、四边滑阀它们之间有什么关系 “二通阀”、“三通阀”、“四通阀”是指换向阀的阀体上有两个、三个、四个各不相通且可与系统 中不同油管相连的油道接口，不同油道之间只能通过阀芯移位时阀口的开关来沟通。 “双边滑阀”、“四边滑阀”是指换向阀有两个、四个可控的节流口。 一般情况下，三通阀是双边滑阀，四通阀是四通阀。 4、什么叫阀的工作点零位工作点的条件是什么 阀的工作点是阀的压力—流量曲线上的点。零位工作点即曲线的原点，又称零位阀系数。零位工 作点的条件是0===v L L x p q 。 5、在计算系统稳定性、响应特性和稳态误差时应如何选定阀的系数为什么 流量增益q q =x L V K ??，为放大倍数，直接影响系统的开环增益。 流量-压力系数c q =- p L L K ??，直接影响阀控执行元件的阻尼比和速度刚度。 压力增益p p =x L V K ??，表示阀控执行元件组合启动大惯量或大摩擦力负载的能力 当各系数增大时对系统的影响如下表所示。 7、径向间隙对零开口滑阀的静态特性有什么影响，为什么要研究实际实际零开口滑阀的泄漏特性 答：理想零开口滑阀c0=0K ，p0=K ∞，而实际零开口滑阀由于径向间隙的影响，存在泄漏流量 2c c0r =32W K πμ，p0c K ，两者相差很大。 理想零开口滑阀实际零开口滑阀因有径向间隙和工作边的小圆角，存在泄漏，泄漏特性决定了阀的性
液压控制系统王春行版 课后题答案精编版 MQS system office room 【MQS16H-TTMS2A-MQSS8Q8-MQSH16898】
第二章 思考题 1、为什么把液压控制阀称为液压放大元件？ 答：因为液压控制阀将输入的机械信号（位移）转换为液压信号（压力、流量）输出，并进行功率放大，移动阀芯所需要的信号功率很小，而系统的输出功率却可以很大。 2、什么是理想滑阀？什么是实际滑阀？ 答： 理想滑阀是指径向间隙为零，工作边锐利的滑阀。 实际滑阀是指有径向间隙，同时阀口工作边也不可避免地存在小圆角的滑阀。 4、什么叫阀的工作点？零位工作点的条件是什么？ 答：阀的工作点是指压力-流量曲线上的点，即稳态情况下，负载压力为p L ，阀位移x V 时，阀的负载流量为q L 的位置。 零位工作点的条件是 q =p =x =0L L V 。 5、在计算系统稳定性、响应特性和稳态误差时，应如何选定阀的系数？为什么？ 答：流量增益q q = x L V K ??，为放大倍数，直接影响系统的开环增益。 流量-压力系数c q =- p L L K ??，直接影响阀控执行元件的阻尼比和速度刚度。 压力增益p p = x L V K ??，表示阀控执行元件组合启动大惯量或大摩擦力负载的能力 7的泄漏特性？ 答：理想零开口滑阀c0=0K ，p0=K ∞，而实际零开口滑阀由于径向间隙的影响，存 在泄漏流量2c c0r = 32W K πμ ，p0c =K ，两者相差很大。 理想零开口滑阀实际零开口滑阀因有径向间隙和工作边的小圆角，存在泄漏，泄漏特性决定了阀的性能，用泄漏流量曲线可以度量阀芯在中位时的液压功率损失大小，用中位泄漏流量曲线来判断阀的加工配合质量。
液压控制系统王春行版课 后题答案 The following text is amended on 12 November 2020.
第二章 思考题 1、为什么把液压控制阀称为液压放大元件 答：因为液压控制阀将输入的机械信号（位移）转换为液压信号（压力、流量）输出，并进行功率放大，移动阀芯所需要的信号功率很小，而系统的输出功率却可以很大。 2、什么是理想滑阀什么是实际滑阀 答：理想滑阀是指径向间隙为零，工作边锐利的滑阀。 实际滑阀是指有径向间隙，同时阀口工作边也不可避免地存在小圆角的滑阀。 4、什么叫阀的工作点零位工作点的条件是什么 答：阀的工作点是指压力-流量曲线上的点，即稳态情况下，负载压力为p L ，阀位 移x V 时，阀的负载流量为q L 的位置。 零位工作点的条件是q=p=x=0 L L V 。 5、在计算系统稳定性、响应特性和稳态误差时，应如何选定阀的系数为什么 答：流量增益 q q = x L V K ? ? ，为放大倍数，直接影响系统的开环增益。
流量-压力系数c q =- p L L K ??，直接影响阀控执行元件的阻尼比和速度刚度。 压力增益p p = x L V K ??，表示阀控执行元件组合启动大惯量或大摩擦力负载的能力 当各系数增大时对系统的影响如下表所示。 7、径向间隙对零开口滑阀的静态特性有什么影响为什么要研究实际零开口滑阀的泄漏特性 答：理想零开口滑阀c0=0K ，p0=K ∞，而实际零开口滑阀由于径向间隙的影响，存 在泄漏流量2c c0r = 32W K πμ ，p0c K ，两者相差很大。 理想零开口滑阀实际零开口滑阀因有径向间隙和工作边的小圆角，存在泄漏，泄漏特性决定了阀的性能，用泄漏流量曲线可以度量阀芯在中位时的液压功率损失大小，用中位泄漏流量曲线来判断阀的加工配合质量。 9、什么是稳态液动力什么是瞬态液动力
基于电液比例阀控液压马达系统的模糊 PID恒速控制 本文从网络收集而来，上传到平台为了帮到更多的人，如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载本文档（有偿下载），另外祝您生活愉快，工作顺利，万事如意！ 电液比例控制系统是用电液比例阀作电液转换及控制元件，用液压执行元件作驱动装置，对位置、速度、力(或压力)等机械量进行控制的系统。电液比例阀是介于普通液压阀和电液伺服阀之间的一种液压阀，它可以接受电信号的指令，连续成比例地控制系统的压力、流量等参数，使之与输入信号成比例地变化，它将电气部分和液压部分连接起来，实现电液信号的转换和放大，具有快速的动态响应和良好的静态特性。常规的PID 控制器往往参数整定不良性能欠佳，而且难于协调快速性和稳定性之间的矛盾，在具有参数变化和外干扰的情况下，其鲁棒性也不够好。 在这种情况下考虑模糊控制不依赖被控对象精确的数学模型，其响应快、鲁棒性好，故考虑采用模糊控制与PID 控制相结合。为此，采用具有一定自适应能力的控制策略—参数自整定的模糊PID 来实现液压马达(以下简称马达)的恒速控制。
1电液比例阀控马达系统工作原理 试验台上电液比例阀控马达系统由阀控马达液压系统及相关的电气系统组成。其中液压系统主要由电液比例方向阀、液压马达、模拟负载三部分。电气系统包括与液压系统相对应的比例放大器等控制元件。电液比例阀控马达系统原理图。 阀控马达系统中，随着定量马达外负载的不断变化，马达的输出转矩随之发生变化，马达的转速也会发生变化，要想实现马达的恒速控制，就需要在泵排量一定的情况下，不断调整电液比例方向阀阀芯开口的大小来改变系统的流量。 2系统速度控制原理及数学模型 系统速度控制原理 本文研究的电液比例阀控马达系统，系统输入的电压指令Ur 与输出速度Uf 之间的速度偏差Ue 通过比例放大器放大，经电液比例方向阀转换并输出液压能，带动液压马达旋转，从而驱动负载向着消除速度偏差的方向偏转。当转速传感器的速度信号与输入指令一致时，始终按输入电压指令给定的规律变化。PID控制具有结构简单、容易实现、控制效果好和鲁棒性强等特点，且PID算法原理简明，参数物理意义明确，理论分析体系完整，主要适用于线性定常系统，
实验三阀控液压马达速度控制系统分析与控制器设计 实验目的： 1、掌握基于MATLAB的控制系统分析的方法 2、掌握控制系统校正设计的方法 实验要求： 1、基于MATLAB对阀控液压马达速度控制系统进行频域分析和时域分析 2、设计PID控制器使其达到控制要求并对校正后系统进行频域分析和时域分析 实验原理： 1.PID校正定义 PID校正：错误！未找到引用源。 其中e是偏差，即输出量与设定值之间的差值；u是控制量，作用于被控对象并 引起输出量的变化，其传递函数为： 2.PID控制器系数的确定 （1）由稳态误差确定积分增益系数K i 错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。 （2）由幅值穿越频率和相角裕度确定比例、微分增益系数K p、K d 设校正后系统在幅值穿越频率w c处的期望相角值为错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。 实验内容： 一个经过线性化处理的阀控液压马达速度控制系统框图如下图所示，
设计PID 控制器G c (s)，使系统对单位斜坡输入的稳态误差为0.01，开环幅值穿 越频率为400rad/s ，相角裕度为50○ 实验步骤： 1、 在MATLAB 中编写程序，绘制未校正系统开环Bode 图（带稳定裕量）和闭 环系统对单位阶跃干扰的响应 ) (lim *)(lim 175 .0*31001 ) (*00s G K K K s G K K s H E s v i i s v ss v ss ss →→= == = =εε 计算开环传递函数，编写M 文件 得开环传递函数和Ki 值： Bode 图
19.69 ---------------------------------------------------------------- 1.845e-011 s^4 + 2.453e-008 s^3 + 1.75e-005 s^2 + 0.006512 s + 1 2、设计控制器G c(s)（确定控制器参数）Z