液压伺服控制(液压动力元件)课件
液压伺服控制液压动力元件
K ps
Kq K ce
ωr——惯性环节的转折频率
r
K ce k
Ap
2
1
k kh
K ce
Ap 2
1 k
1 kh
稳态时阀输入位移所引起的液压缸活塞的输出位移
外负载力作用所引起的活塞输出位移的减小量
k 1 时 kh
xp
Kq Ap
xv
K ce Ap 2
4
Vt
eK
ce
s 1FL
s
K ce k Ap 2
s2
总流量 = 推动活塞运动所需流量 + 经过活塞密封的内泄漏流量 + 经过活塞杆密封处的外泄漏流量 + 油液压缩和腔体变形所需的流量
4
流入液压缸进油腔的流量：
Q1
Ap
dx p dt
V1
e
dp1 dt
Ci ( p1
p2 ) Ce p1
从液压缸回油腔流出的流量：
Ap
Q2
Ap
dx p dt
V2
e
dp2 dt
V1 Ap
比例，其作用相当于一个线性液压弹簧，
V
总液压弹簧刚度为：
V2
F
kh
e
Ap
2
1 V1
1 V2
压力P
V左
总液压弹簧刚度是液压缸两腔液压弹簧刚度的并联。
18
当活塞处在中间位置时，液压弹簧刚度最小，当在两端时，V1 或V2为零，液压弹簧刚度最大。 液压弹簧与负载质量相互作用所构成系统的固有频率，中间位
QL Kq xv Kc pL
QL
Apsx p
( Vt
4e
s Ct ) pL
Ap pL (M t s2 Bps k )x p FL
液压伺服和比例控制系统ppt
差） 经放大器放大后，加于电液伺服
阀转换为液压信号（图中A、b)，以推
动液压缸活塞，驱动控制对象向消除偏
差方向运动。当偏差为零时，停止驱动，
因而使控制对象的位置总是按指令电位
图 7-9 统
电液伺服系
器给定的规律变化。
1-电位器；2-电液伺服阀；3-
液 压缸；4-负载；5-反 馈；
6-指令电位器；7-放大器
液压伺服和比例控制系统
第一节 液压伺服控制 第二节 电压比例控制
液压伺服阀
液压伺服阀是液压伺服系统中最重要、最基本的组成部分，它 起着信号转换、功率放大及反馈等控制作用。电液伺服阀是应用最广 泛的一种，它在接受电器信号模拟后，相应输出调制的流量和压力控 制信号，控制系统压力、流量、方向的变化。它既是电液转换元件， 也是功率放大元件，它能够将小功率的微弱电器输入信号转换为大功 率的液压能（流量和压力）输出。在电液伺服系统中，它将电气部分 和液压部分连接起来，实现电液信号的转换与液压放大。电液伺服阀 是电液伺服系统控制的核心。
量油增路加关，闭而，滑液阀压开缸x0口不量动逐，渐负减载少停。止当在x一0 增个加新到的
x0
位置
上
x时i ，则开口量为零，
，达到一个新的平
衡状态。
号继续如向果右继运续动给。控反制之滑,若阀给向控右制的滑输阀入输信入号一个x负i ，位液移压x缸i 就0会(向跟左随为这负个）信
液压伺服阀系统
反液之压缸,若就给会控跟制随滑这阀个输信入号一向个左负运位动移。xi 0 (向左为负）输入信号，则
液压伺服阀
3〕射流管式伺服阀
组成：如图7-3所示,采用衔铁式力矩马达8带动 射流管及其接收口2，两个接收口直接和滑陶阀 芯5两端面连接，控制滑阀阀芯运动。滑阀陶芯 5靠一个板簧定位,其位移与滑阀阅芯两端压力 差成比例。
《电液伺服系统》课件
介绍电液伺服系统的定义、组成、工作原理，控制元件的种类，动作元件的 特点，系统调试与维护，以及应用场景、优势、发展前景。
概述
电液伺服系统是控制和调节液压机械运动的先进系统，由动力元件、控制元件和动作元件组成，能够实现高效、 精确的运动控制。
动力元件
液压泵
将输入的机械能转换为液压能，提供压力和流 量。
液压马达
将液压能转化为旋转运动，驱动液压机械的转 动部分。
系统调试与维护
1
Байду номын сангаас
系统调试
调试前的准备工作，调试流程和步骤，确保系统正常运行。
2
系统维护
维护前的准备工作，维护周期和方法，延长系统的使用寿命。
应用场景
• 工业生产自动化 • 船舶与海洋工程 • 机床与自动化装备 • 飞行器和航天器
结语
电液伺服系统具有精确控制、高效能转换等优势，未来的发展前景广阔。
液压马达
将液压能转换为机械能，驱动液压机械的运动。
控制元件
比例控制阀
通过调节液压系统中的流量 比例，实现运动速度和位置 的精确控制。
压力控制阀
根据系统需求，控制液压系 统中的压力水平，确保系统 的安全运行。
流量控制阀
调节液压流量大小，实现对 液压元件的精确控制。
动作元件
液压缸
将液压能转化为机械线性运动，用于推动、拉 动或举升物体。
液压伺服与比例控制系统课件-电液伺服系统的校正
6.3 电液伺服系统的校正 二 、速度和加速度校正
速度反馈校正的主要作用是提高主回路的静态刚度，减少速 度反馈回路内的干扰和非线性的影响，提高系统的静态精度。加 速度反馈校正主要是提高系统的阻尼。
根据需要速度反馈与加速度反馈可以单独使用，也可以联合 使用。
（二）动压反馈校正
图6-19 带动压反馈的系统方框图
采用动压反馈校正可以提高系统的阻尼，而又不降低系统的静刚度。 采用压力反馈或动压反馈提高系统的阻尼比，同样受局部反馈回路 稳定性的限制。当Kfp过高时，由于伺服阀等小参数的影响局部反馈回路 就会变得不稳定。
6.3 电液伺服系统的校正
（一）压力反馈校正
图6-18 带压力反馈的系统方框图
校正后的阻尼比： 位置系统的开环传递函数：
6.3 电液伺服系统的校正
由上式可以看出，压力反馈不改变开环增益和液压固有频率，但使阻 尼比增加了。
压力反馈校正是通过增加系统的总流量- 压力系数来提高阻尼的。 显然，压力反馈降低了系统的静刚度。
（二）滞后校正举例
加入滞后校正后
6.3 电液伺服系统的校正
此时，系统的开环传递函数为
其中，校正后的速度放大系数
6.3 电液伺服系统的校正
图6-16 具有滞后校正的位置伺服系统伯德图
6.3 电液伺服系统的校正
设计滞后校正网络的设计步骤：
1 根据稳态误差要求，确定系统速度放大系数 2 画出未校正系统的伯德图，检查相位裕量和增益裕量，是否满足
6.3 电液伺服系统的校正
以上讨论了比例控制的电液位置伺服系统，其性能主要由动力 元件参数所决定。对这种系统，单纯靠调整增益往往满足不了系统 的全部性能指标，这时就要对系统进行校正，高性能的电液伺服系 统一般都要加校正装置。
液压控制系统(常同立编著,清华大学出版社)PPT课件
12
应用案例 5——机器动物
高功率体积比和结构紧凑
13
应用案例 5——机器动物
14
应用案例 5——机器动物
15
应用案例 6——两足机器人
高功率体积比和结构紧凑
16
应用案例 6 —— 两足机器人
17
小结
液压控制技术是一门机电液一体化新技术，它是自动控制技术的 一个重要分支。液压控制技术包括开环控制和闭环控制两类，其中液 压闭环控制较为复杂。
29
第2章 参考文献
[1] Katsuhiko Ogata. System dynamics. 北京：机械工业出版社. 2004.3 [2] 吴重光. 仿真技术. 北京：化学工业出版社. 2000.5. [3] Katsuhiko Ogata. Modern control engineering. Prentice Hall, 2010 [4] John J. D’Azzo and Constantine H. Houpis, Stuart N. Sheldon. Linear Control System Analysis and Design with Matlab. New York: Marceld Dekker, Inc. 2003 [5] 王广雄，何朕. 控制系统设计. 北京：清华大学出版社, 2008.3. [6] 高钟毓等. 机电控制工程. 北京：清华大学出版社, 2011.8. [7] www. [8] Roland S. Burns. Advanced Control Enginineering. Oxord: Butterworth-Heinemann. 2001. [9] J.R. Leigh. Control theory. London: The institution of engineering and technology. 2004. [10] Isaac Horowitz. Some ideas for QFT research. International Journal of Robust and Nonlinear Control, 2003, 13: 599-605. [11] 刘兵，冯纯伯. 基于双重准则的二自由度预测控制——连续情况. 自动化学报. 1998，24(6):721-726. [12] 冯勇等. 现代计算机控制系统. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社, 1998.7. [13] D. M. Auslander, J. R. Ridgely, J. D. Ringgenberg. Control software for mechanical systems: object-oriented design in a real-time world. Pearson Education, Inc. 2002.
《液压伺服系统控制》课件
液压装置
液压装置提供了所需的压力和 流量，确保系统正常运行。
传感器
传感器用于感知系统的状态， 以反馈给控制器，帮助实现精 确控制。
执行器
执行器根据控制信号进行动作， 驱动机械设备实现所需的运动。
液压伺服系统的控制方式
1 基于位置的控制
通过控制液压油的流量和压力来实现位置的精确控制。
2 基于速度的控制
通过控制液压油的流量来实现运动的平滑变化与调节。
3 基于力的控制
通过控制液压油的压力来实现对力的精确控制，适用于需要对外力进行响应的场景。
液压伺服系统的电控系统
电控系统是液压伺服系统中常用的控制方式之一，通过电信号控制液压系统的运行。
电控系统的概述
电控系统通过电信号控制 液压系统的各个部件，实 现对液压系统的控制和调 节。
《液压伺服系统控制》 PPT课件
液压伺服系统控制是一门关于液压伺服系统控制的课程，本课程将液压伺服 系统的基本概念与控制方法进行介绍，以及实际应用案例的分享。
液压伺服系统的概念与组成
液压伺服系统是一种通过控制液压力来实现精确控制的系统。它由液压装置、传感器、执行器等组成， 每个组件的作用都不可或缺。
常见的电控系统
常见的电控系统包括脉宽 调制（PWM）控制系统和 比例控制系统。
电控系统的引导
根据具体应用需求选择合 适的电控系统，并进行必 要的引导和操作。
液压伺服系统的传感器
传感器在液压伺服系统中起着重要作用，用于感知和测量系统的各种参数和状态。
压力传感器
压力传感器用于测量和监测液 压系统中的压力变化，提供反 馈信号给控制器。
2
液压马达
液压马达是将液压油的动能转化为机械能，产生旋转运动的执行器。
液压伺服与比例控制系统课件
液压比例控制系统的优缺点
缺点
容易出现泄漏和污染：液压系统存在一定的泄漏和污染问题，需要采取措施进行防护。
对温度和压力变化敏感：液压系统的性能受到温度和压力变化的影响较大，需要进行补偿和 调整。
04
液压伺服与比例控制系统的设计 与应用
缺点
维护成本高、液压油易污染、温 度变化影响大、管道复杂、对油 液清洁度要求高等。
03
液压比例控制系统的工作原理
液压比例控制系统的组成
控制器
用于接收输入信号，并生 成控制指令。
执行器
根据控制器的指令，驱动 液压比例阀，以实现对流 量的控制。
反馈传感器
监测执行器的位置或速度 ，将其转化为电信号反馈 给控制器，以形成闭环控 制。
促进工业技术创新
液压伺服与比例控制系统的发展推动了工业技术的创新， 为工业生产带来了更多的可能性，为工业发展注入了新的 动力。
改变工业生产模式
液压伺服与比例控制系统的应用改变了传统的工业生产模 式，实现了更加智能化、网络化的工业生产，为工业发展 带来了新的机遇和挑战。
THANKS
感谢观看
液压伺服与比例控制系统的安全操作规程
在操作前阅读使用手册，按照手册要 求进行操作。
检查液压系统的各个部件是否正常， 无泄漏和损伤。
在操作过程中，不要在危险的情况下 进行操作，如设备故障、人员伤害等 。
在操作过程中，要注意安全保护措施 ，如佩戴安全帽、安全手套等。
06
液压伺服与比例控制系统的发展 趋势及未来展望
液压比例控制系统的分类
按控制方式
开环控制、闭环控制。
按液压执行元件
液压伺服控制系统课件
收稿日期:2004-08-29作者简介:王野牧(1965-),男,副教授,辽宁本溪人,硕士.文章编号:1000-1646(2005)01-0005-04液压伺服控制系统课件王野牧,李天阳,韦 茵(沈阳工业大学机械工程学院,沈阳110023)摘 要:在液压伺服控制系统及控制工程中经常会遇到一些重要概念、定义及术语,可以通过实验教学加以理解,但所使用的设备、仪器数量、时间及复杂程度都将是惊人的,在教学时间内几乎不可能完成.为此,介绍了由伺服阀控制对称液压缸和位移传感器构成的液压位置闭环控制系统及其工作原理,给出了该系统的频率特性及动态响应数学表达式.以V ISU AL BASIC为开发工具,开发出了适用于液压伺服控制系统及控制工程基础课程的教学课件.关 键 词:伺服阀;对称液压缸;控制工程;频率特性;动态响应中图分类号:T P271 31 文献标识码:ACAI for hydraulic servo control systemWANG Ye-mu,LI Tian-yang,WEI Yin(School of M echanical Engineer ing,Shenyang U niversity of T echnology,Sheny ang110023,China)Abstract:For hydraulic servo control system and control engineering,many im portant concepts,definitions and items met from time to time can be understood through ex periment teaching.How ever,the quantity of instrument,time spent and the complexity w ould be astonishing,w hich can not be completed in predeter-m ined teaching hours.In this paper,the domination principle of the hydraulic position closed-loop system consisted of the position sensor and symmetrical hydraulic cylinder controlled by the servo valve is intro-duced.The m athematical models of frequency characteristics and dynamic response of the system are dis-cussed.With V isual Basic Language,the CAI suitable for the hydraulic servo control system and the control eng ineering foundation is developed.Key words:servo valve;symmetrical hydraulic cylinder;control engineering;frequency characteristics;dynamic response在液压伺服控制系统及控制工程基础课程的教学过程中由始至终都会遇到一些重要的概念、定义及术语,如开环系统、闭环系统、反馈、偏差、稳定性、频率特性、频宽、动态响应、误差等,这些都是一些比较抽象的概念,学生不容易理解和掌握.可以通过实验教学来加深理解,但受实验条件所限,有些项目无法完成.而且,由于实验教学的集中性,课堂教学中无法及时地、有针对性地、形象地进行讲解,使得教学效果不理想.利用MAT-LAB中动态仿真工具SIMU LINK软件包,也可以帮助学生理解上述概念,但对于一点基础没有的学生来讲,仍嫌不够直观、难于理解.液压伺服位置闭环控制系统是一种非常典型的闭环控制系统,在生产实际中得到了广泛的应用,利用V I-SUAL BASIC通过软件来直观的显示它的组成、工作原理,并在数学模型的基础上,通过可视化的动画方式来直观、灵活、随意地在教学中演示一些重要的过程及参数[1],可有效地提高教学质量.1 课件所用控制系统的物理模型及工作原理图1是一个由伺服阀或比例阀所构成的闭环位置控制系统.U i为输入的电压信号;U f为由位移传感器构成的反馈信号.当U i增加时U i与U f 的偏差信号就会增加,使得3的输出力增加,这样第27卷第1期2005年2月沈 阳 工 业 大 学 学 报Journal of Shenyang University of TechnologyVol 27No 1Feb.2005就会推动4向左侧移动,高压油P s 就会经过阀输出到油缸的左腔,推动油缸向右侧运动,油缸向右侧的运动使得位移传感器1的输出电压U f 增加,U i 与U f 的偏差值就会随之减小直到零为止(无负载时),这样油缸就会在右侧新的位置上停止.如果U i 减小,响应过程与上述过程相反.当输入信号为等幅变频的周期性正弦时,油缸位移的稳态输出值随角频率的变化情况即为频率特性.当输入信号为单位阶跃信号时,油缸位移的瞬态输出随时间的变化情况即为动态响应特性.可通过可视化的油缸运动表现来描述上述两种特性.图1 液压系统模型图F ig.1 M odel of the hydraulic control system 1位移传感器 2双作用对称液压缸的活塞杆 3力马达或比例电磁铁 4伺服阀或比例阀 5电液伺服阀或电液比例阀控制器2 课件所用控制系统的数学模型将图1所示控制系统线性化,可得控制系统传递函数框图,如图2.图2 控制系统传递函数框图Fig.2 T ransfer function of the hydraulic contro l system其中:K a 伺服阀放大器放大倍数;K sv 伺服阀的电流-位移增益;K q 伺服阀流量增益;A p 油缸有效作用面积;W n 无阻尼固有频率;S n 阻尼比;K f 位移传感器放大倍数.根据上边的闭环传递函数框图可得闭环传递函数为[2]G (S )=K vS 3W 2n+2S n W n S 2+S +K v K f(1)其中:K v =K a K sv K qA p这样就可根据频率特性的定义求出闭环幅频特性和闭环相频特性.对应不同的角频率求出不同的幅值衰减量和相位滞后值.将这些数据保存到数组中,作为可视化显示频率特性的数据.将式(1)化成状态方程,利用四阶龙格-库塔法解微分方程组,可得出系统在单位阶跃信号输入下的动态响应数据,将这些数据保存到数组中,作为可视化显示动态响应特性的数据[3].3 课件主要功能简介1)演示说明开环、闭环系统图3为控制系统具有闭环检测回路时(闭环生效时)的一个稳态工作点[4].图3所示的状态为输入电压3V 时的油缸位置,当输入电压不同时可以很明确地看出油缸的位置不同.通过这个界面可以很好地理解位置控制系统的实质及其在生产实际中的具体表现.另外,通过观察阀口开度的变化情况,可以说明偏差控制系统的实质,以及控制系统的主反馈为什么一定是负反馈.图3 闭环状态演示界面Fig.3 Demonstration interface of the closed -loop hy -draulic system图4为反馈回路失效时的控制系统表现状态.当反馈不存在时,油缸只能停留在其两端,系统将不再是位置控制系统,将变成一个无反馈的开环控制系统,无法控制油缸的位置.这种现象也6 沈 阳 工 业 大 学 学 报第27卷正是生产实际中检测回路失效时的一种表现[5].图4 反馈回路失效时状态演示界面Fig.4 Demonstration interface of the hydraulic systemfor the failure mode of feedback loop2)演示说明频率特性图5为频率特性演示界面.讲明频率特性的实质和含义一直是教学过程中的一个难点,通过这个界面可以充分地演示说明频率特性的实质.当输入信号为等幅变频的周期性正弦时,油缸位移的稳态输出值可以通过动画及曲线同时显示在该界面中.选择输入不同的角频率值可以明显地看出油缸输出位移变化的幅值衰减情况及相位滞后情况[6],将输入电压信号与输出的位移信号同时在右侧的PICTURE 框中显示将更有利于观察这一点.另外,软件具有选择显示速度及步长的功能[7],可以通过 慢镜头 进一步进行演示及讲解.界面中右下脚PICTURE 框中显示的是真实坐标下的频率特性曲线[8],而没有采用控制工程中常用的对数坐标,这样将更加有利于理解两种坐标的区别,容易说明对数坐标的实质、含义及优点.图5 频率特性演示界面Fig.5 Demonstration interface of frequency char acteristics3)演示说明动态响应特性图6为动态响应特性演示界面.当输入信号为单位阶跃信号时,油缸位移的瞬态输出通过动画及曲线同时显示在该界面中.当改变控制系统的开环放大倍数时,控制系统的输出将会有所不同,可以明显、直观地看出输出量振荡次数的增多及调整时间的加长,开环放大倍数增加到一定程度,控制系统将不稳定[8].另外,将闭环系统中其它几个重要参数的变化情况(如阀口开度、油缸前腔压力、油缸后腔压力、反馈电压等),也都同时显示在界面中,有利于理解闭环系统中信号的转换、传递、放大等过程.该界面同样具有选择显示速度及步长的功能,以利于演示及观察.该课件中所涉及到的不同的曲线均采用不同的颜色绘制,油缸前、后腔的颜色也随着压力的不同而动态变化,以便更生动的感受信号及参数的变化情况.图6 动态响应特性演示界面F ig.6 Demonstration inter face o f dynamic respo nse4 结 论该课件可以很直观、方便地演示几乎所有在控制工程中所涉及到的重要过程,进而通过它更容易、方便地理解和掌握控制理论中的重要思想.它的演示过程与做实验比较具有明显的优势,它更加灵活、方便、重复使用性强,如果将课件中的功能完全由真实实验来完成,所使用的设备、仪器数量、时间、消耗、复杂程度将都是非常惊人的,在教学时间内几乎不可能完成.控制理论中所涉及到的重要概念和思想几乎分布在课程的各处,可以随时利用该课件进行演示和讲解,这必将给教学质量的提高带来很大的益处.7第1期王野牧等:液压伺服控制系统课件参考文献:[1]吴昌平.Visual Basic6.0程序设计[M].北京:人民邮电出版社,2002.(Wu C P.V isual Basic6.0progr amming[M].Beijing: Posts&T elecom Press,2002.)[2]王春行.液压控制系统[M].北京:机械工业出版社,2004.(Wang C X.Hydraulic control system[M].Beijing: China M achine Press,2004.)[3]何光渝.V ISUA L BASIC常用数值算法[M].北京:科学出版社,2002.(He G Y.G eneral numerical v alue algor ithm on V isual Basic languag e[M].Beijing:Science Press,2002.) [4]成大先.机械设计手册 液压控制[M].北京:化学工业出版社,2004.(Cheng D X.T he handbook of machine design-hydraulic contro l[M].Beijing:Chemical Industry Pr ess,2004.)[5]江小霞,卢长耿,钟荣龙.液压控制系统的动态测试系统[J].液压与气动,2002(11):29-31.(Jiang X X,Lu C G,Zhong R L.Dynamic test system of hydraulic control system[J].Chinese Hy draulics& P neumatics,2002(11):29-31.)[6]Guo H B,L i H R.Study on the characterist ics of thesing le rod hydr aulic cylinder controlled by asymmetric valv e[A].Pr oc.of ISFP[C].W uhan,China,IA PW-PC,2003:477-482.[7]黄晓东,聂继方.电液伺服阀特性计算机辅助测试系统[J].机床与液压,2003,5:187-189.(Huang X D,N ie J F.T he CAT system for t he feature of electro hy draulic servo valve[J].M achine T ool and Hydraulic,2003(5):187-189.)[8]王栋梁,李洪人.阀控液压缸伺服系统的键图分析[J].济南大学学报,2002(12):355-358.(Wang D L,L I H R.Bond g raph analysis on the valve contr olling servo system[J].Jour nal of Jinan U nivers-i ty,2002(12):355-358.)(责任编辑:邓美艳 英文审校:王世杰)待发表文章摘要预报移动机器人数学模型的近似线性化及状态反馈镇定研究姜 勇1,孙茂相1,董再励2(1 沈阳工业大学信息科学与工程学院,沈阳110023;2 中国科学院沈阳自动化研究所机器人学重点实验室,沈阳110016)摘 要:针对机器人控制领域中一类多输入多输出(MIM O)仿射非线性系统,提出了一种基于平衡流形的近似线性化状态反馈镇定算法,并用此算法解决了一类完整约束轮式移动机器人(WMR)的镇定问题.仿真分析表明,此方法不仅能够实现系统的镇定,而且降低了因平衡工作点变动给系统稳定性带来的影响,同时也大大地简化了对非线性系统的综合设计过程,具有良好的控制效果和实用性.8 沈 阳 工 业 大 学 学 报第27卷。
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Ap
pL
Mt
d 2xp dt2
Bp
dxp dt
kx p
FL
此外，还存在库仑摩擦等非线性负载，但采用线性化的方 法分析系统的动态特性时，必须将这些非线性负载忽略。
8
二、方块图与传递函数
阀控液压缸的三个基本方程完全描述了阀控液压缸的动态特 性，将其拉式变换，则：
QL Kq xv Kc pL
xp xv
Kq / Ap
s(s 2h2
2 h h
s
1)
对于干扰输入FL的传递函数为：
xp FL
Kce Ap2
( Vt
4eKce
s
1)
s(s 2h2
2 h h
dp1 1 dpL dp2 dt 2 dt dt
6
要使压缩流量相等，应使液压缸两腔的初始容积相等，即
V1
e
dp1 dt
V2
e
dp1 dt
dp1 dp2 dt dt V1 V01 Ap xp
V01
V02
Vt 2
V2 V02 Ap xp
流量方程可整理成 ：推动液压缸运动所需流量+总泄漏 流量+总压缩流量
4e Kce
s
1)FL
s(s 2h2
2 h h
s
1)
式中 ωh ——液压固有频率
ζh——阻尼比
12
h
4e Ap2
M tVt
h
Kce Ap
eMt Bp
Vt 4 Ap
Vt
eMt
如果粘性摩擦系数Bp可以略去，则
2 h h
Kce M t Ap2
h
Kce Ap
eMt
Vt
对于指令输入xv的传递函数为：
QL
Ap
dxp dt
Vt
4e
dpL dt
Ct
pL
Vt V1 V2
Ct
Ci
Ce 2
活塞在中间位置时，
1）液体压缩性影响最大，固有频率最低
2）阻尼比最小
因此，系统稳定性最差。所以，分析时，应取活塞的中间位置作为初
始位置。
7
（三）液压缸和负载的力平衡方程
负载力一般包括惯性力、粘性阻尼力、弹性力和任意外负 载力。
第三章 液压动力元件
本
3.1 四通阀控制液压缸
章
3.2 四通阀控制液压马达
介
3.3 三通阀控制液压缸
绍
3.4 泵控液压马达
3.5 液压动力元件与负载的匹配
1
概述
液压动力元件 = 液压放大元件 + 液压执行元件 液压放大元件（液压控制元件）：液压控制阀、伺 服变量泵 液压执行元件：液压缸、液压马达
机-液耦合（换能）元件 四种基本型式的液压动力元件：
总流量 = 推动活塞运动所需流量 + 经过活塞密封的内泄漏流量 + 经过活塞杆密封处的外泄漏流量 + 油液压缩和腔体变形所需的流量
4
流入液压缸进油腔的流量：
Q1
Ap
dxp dt
V1
e
dp1 dt
Ci ( p1
p2 )
Ce
p1
从液压缸回油腔流出的流量：
Ap
Q2
Ap
dxp dt
V2
e
dp2 dt
Ci ( p1
1
xp
Mts2 Bps k
适合于负载惯量和泄漏 系数都较大，而动态过 程比较缓慢的场合。
Ap s
QL Kq xv Kc pL
QL
Ap sx p
( Vt
4e
s
Ct ) pL
Ap pL (M t s2 Bps k ) x p FL
10
合并三个基本方程，消去中间交量QL及pL，可得到阀芯输入 位移和外负载力同时作用时液压缸活塞的总输出位移：
惯性力、粘性力、弹性力变化引起的压缩流量所产生的活塞速度 惯性力、粘性力、弹性力引起的泄漏流量所产生的活塞速度 活塞运动速度
11
三、传递函数简化 对特征方程的简化。因式分解，化为标准形式。 （一）没有弹性负载 （K=0）的情况
1）很多情况，以惯性负载为主。 2）液压马达伺服系统中，弹性负载很少见。
阀控（节流控制）系统：阀控缸，阀控马达； 泵控（容积控制）系统：泵控缸、泵控马达。 液压动力元件是一个关键性的部件，它的动态特性在 很大程度上决定着整个系统的性能。
2
3.1 四通阀控制液压缸
零开口四边滑阀 + 对称液压缸
一、基本方程 1）液压控制阀的流量方程
Xv
2）液压缸流量连续性方程
3）液压缸与负载的力平衡方程
p2 )
Q1
Ce p2
PL
v
M
Q2
液体是可压缩的。液体等效容积弹性模数βe表示容器中油
液的容积变化率与压力增长量之间的关系
p
e
V V
e 6.9 108 N/m2
5
动态分析时，需要考虑泄漏和油液压缩性的影响，则流入
液压缸的流量与流出液压缸的流量不相等，为了简化分析，定
义负载流量为：
QL
Q1
Q2 2
V1 V01 Ap xp
V2 V02 Ap xp
QL
Q1
Q2 2
Ap
dxp dt
Ci p1
p2
Ce 2
p1
p2
1
2e
V01
dp1 dt
V02
dp2 dt
Ap xp
2e
dp1 dt
dp2 dt
ps pL
p1 p1
p2 p2
p1
p2
ps ps
2
2
pL pL
xp
Vt M t
4e Ap2
s3
Kq Ap
xv
Kce Ap2
( Vt
4e Kce
s
1) FL
(
Kce M Ap2
t
BpVt
4e Ap2
)s
2
(
4
kVt
e Ap2
Bp Kce Ap2
1)s
Kcek Ap2
式中， Kce Kc Ct ，包括泄漏在内的总的压力流量系数。
液压缸活塞的空载速度 外负载力作用引起的速度降低
（一）滑阀的流量方程 假设：
1）零开口四边滑阀 2）四个节流窗口是匹配对称的 3）供油压力恒定，回油压力为零
QL Kq xv Kc pL
p1 Q1 Q2 p2
V1
V2
FL
xp
四通阀控制液压缸
3
（二）液压缸流量连续性方程
假设： 1）阀与液压缸的连接管道对称且短而粗，管道中的压力 损失和管道动态可以忽略 2）液压缸每个工作腔内各处压力相等，油温和体积弹性 模量为常数 3）液压缸内外泄漏均为层流流动
QL
Ap sx p
( Vt
4e
s
Ct ) pL
Ap pL (M t s2 Bps k )x p FL
xv Kq
+ QL
-
+1 Ap
Kc
Vt
4e
s
Ct
1 s
1 Ap
xp
适合于负载 惯量小、动
态过程较快
Mts2+Bps+k
的场合。
+
FL
+
9
FL
xv Kq
PL
-
+
1
-
Kc
Vt 4e
s
Ct
Ap
3）粘性阻尼系数Bp一般很小，所以由粘性摩擦力引起的 泄漏流量所产生的活塞速度比活塞的运动速度小得多，可忽
略不计。
xp
Kq Ap
xv
Kce Ap2
Vt
4eK
ce
s 1FL
s
Vt M t
4e Ap2
s2
KceM t Ap2
BpVt
4e Ap2
s
1
或
xp
Kq Ap
xv
K ce Ap2
( Vt