液压泵控马达数字调速系统研究
第２９卷第３期北京理工大学学报Ｖ０１．２９Ｎｏ．３２００９年３月ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＢｅｉｉｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＭａｒ．２００９
液压泵控马达数字调速系统研究
彭增雄苑士华
（北京理工大学车辆传动国家重点实验室，北京１０００８１）
摘要：对液压泵控马达系统及其排量伺服机构分别进行了数学建模，分析了其各自及串联后的频率特性与阶跃输入响应特性．理论分析表明：液压泵控马达系统的带宽较大，响应较快，阶跃输入下系统出现超调；排量伺服机构的开环增益较小，其带宽较低，响应较慢．设计了调速系统的马达转速闭环数字ＰＩＤ控制算法。实验结果表明，通过仿真模型优化得到的数字ＰＩＤ控制参数能很好地用于实际泵控马达调速系统的闭环控制，并能获得良好的稳定性和快速性．关键词：液压泵控马达；排量伺服机构；频率特性；数字ＰＩＤ算法中图分类号：ＴＨ１３７．３文献标识码：Ａ文章编号：１００１—０６４５（２００９）０３—０２０５—０５
ＡＣｌｏｓｅｄＬｏｏｐＳｐｅｅｄＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍｆｏｒＨｙｄｒａｕｌｉｃＰｕｍｐ—－Ｍｏｔｏｒ
ＰＥＮＧＺｅｎｇ－ｘｉｏｎｇ，ＹＵＡＮＳｈｉ—ｈｕａ（ＮａｔｉｏｎａｌＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＶｅｈｉｃｕｌａｒＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｓｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｕｍｐ—ｍｏｔｏｒａｎｄｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓｅｒｖｏｓｙｓｔｅｍｗｅｒｅ
ｂｕｉｌｔｕｐ．Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｂｏｄｅｄｉａｇｒａｍａｎｄｓｔｅｐ－ｉｎｐｕｔｒｅｓｐｏｎｓｅ．ＲｅｓｕｌｔｓｏｆａｎａｌｙｓｉｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｂａｎｄｗｉｄｔｈｏｆｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓｅｒｖｏｓｙｓｔｅｍｉＳｓｍａｌｌｂｅｃａｕｓｅｏｆ
ｌｏｗｆｌｏｗｇａｉｎｏｆｓｅｒｖｏ－ｖａｌｖｅ，ｗｈｅｒｅａｓｔｈｅｂａｎｄｗｉｄｔｈｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｕｍｐ—ｍｏｔｏｒｃｏｍｐａｒｅｄｔｏｂｅ
ｗｉｄｅｒ，ａｎｄｉｔｒｅｓｐｏｎｄｓｑｕｉｃｋｌｙｗｉｔｈｏｖｅｒｓｈｏｏｔｉｎｇ．ＡｍｏｔｏｒｓｐｅｅｄｃｌｏｓｅｄｌｏｏｐｃｏｎｔｒｏｌｄｉｇｉｔａｌＰＩＤ
ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｉｓｇｉｖｅｎ．ＴｈｅＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｃｈｉｅｖｅｄｂｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｗａｓｕｓｅｄｉｎｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔｙｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｏｆｐｕｍｐ—·ｍｏｔｏｒｏｐｅｒａｔｉｎｇｏｎｔｅｓｔ‘－ｂｅｄａｎｄｇａｉｎｅｄｅｘｃｅｌｌｅｎｔｄｙｎａｍｉｃａｎｄｓｔａｂｌｅ
ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｕｍｐ—ｍｏｔｏｒ；ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓｅｒｖｏｓｙｓｔｅｍ；ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ；
ｄｉｇｉｔａｌＰＩＤ
液压机械无级变速器采用功率分流的传动形
式，将行星排及固定齿轮作为分流、汇流元件，液
压泵控马达系统作为调速元件．由于液压泵控马
达具有良好的传动效率和无级调速特性，可以满
足车辆传动系统高效和无级调速的要求．作为调速元件，液压泵控马达系统的性能很大程度上影
响着液压机械无级变速器的调速性能［１］．本文建立了液压泵控马达系统的数学模型，分析了泵控
马达系统的动态性能，研究了其调速控制算法，并
进行了实验验证．１液压泵控马达系统的数学模型
１．１液压泵控马达调速系统的原理
液压机械无级传动用泵控马达调速系统的液压原理图如图１所示，属于变量泵一定量马达容积调
速【２ｑ］．排量伺服控制机构采用力反馈式闭环控制
回路，由伺服阀、反馈杠杆、伺服缸、斜盘４部分构成，通过控制伺服阀阀芯位移量来控制变量活塞的
位移，进而改变变量泵斜盘的倾角，达到变量的目
的，其伺服控制液压原理图如图２所示．图２中Ｆ，，
收稿日期：２００８一０５一０８基金项目：国家重点实验室基金资助项目（９１４Ｃ３４０２０５）
作者简介：彭增雄（１９７９一），男。硕士，讲师，Ｅ—ｍａｉｌ：ｐｅｎｇｚｅｎｇｘ＠ｂｉｔ．ｅｄｕ．ｃａ．
万方数据２０６北京理工大学学报第２９卷
Ｆ。为比例电磁铁；口，６，ｆ为杠杆长度；其余变量在以
下公式中予以说明．
液压马达
图１泵控马达调速系统液压原理图Ｆｉｇ．１Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｃｈｅｍｅｏｆｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｕｍｐ－ｍｏｔｏｒｓｐｅｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ
图２液压泵伺服控制液压原理图Ｆｉｇ．２Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｃｈｅｍｅｉｎｔｈｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｏｆｖａｒｉａｂｌｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｐｕｍｐ
１．２液压泵控马达数学模型假设液压泵和马达中的油液流动为层流，忽略
高低压油路的压力损失，不考虑流量脉动对系统动
态特性的影响，补油系统的工作没有滞后，工作过程
中补油压力为常数，建立泵控马达系统运动学方程
和力矩平衡方程［４］如下．
液压泵和马达的流量连续性方程为
ｑｖ．ｚｐ一（１一巩ｐ）ｅｃｏｐ、厂ｐ。。＝Ｃ。Ｖ。Ｐｈ／ｌｔ＋ｐｈＶ。山，／Ａ，（１）
ｑｖ．。一（１／７１。一１）钆。＝（１一彻）ｃｏ。Ｖ。＝
ｃ。Ｖ。Ｐｈ几十ＰｈＶ。（￡，。／展，（２）
ｑｖ＇ｉ，一Ｖ，，叫，ｅ一巩湎＋ｑｙ．砷＋口ｖ一十≥警．
（３）
式中：ｑｖ．１ｐ为变量泵理论输出流量；ｇ¨。为马达理论
输入流量；ｑ‰。为泵泄漏流量；ｑｙ．砷为马达泄漏流量；Ｖ唧，为泵的最大排量；Ｖ。为定量马达排量；嘶为泵的输入轴角速度；∞。为马达的输出轴角速度；ｅ
为泵的排量比；枷为泵的容积效率；伽，为马达的容积效率；Ｐｎ为泵控马达系统高低压回路压力差；Ｃｓ
为泵或马达的层流泄漏系数；弘为工作液压油的动
力黏度；＆为工作液压油的弹性模量．马达的运动学方程为
Ｔｈ＝．，。ｄｗ。／出＋Ｔｌ＋Ｔ。＝
－，。ｄａ，。／出＋，ｍ（ｃＪ。＋ＧＶ。Ｐｈ＋Ｔ１．（４）式中：Ｔｉ。为马达的理论转矩；Ｔ。为马达的机械损失
转矩；厂ｍ为马达的黏性阻尼；，。为马达的转动惯
量；Ｔ．为马达的负载转矩．
１．３伺服阀的数学模型在比例电磁铁Ｆ１和Ｆ。的有效行程内，衔铁组
件的动态力平衡方程及阀芯的动态力平衡方程为［５１
ｋｉｉ＝ｍＴｄ２ｚＴ／ｄｔ２＋ＢＴｄｘＴ／ｄｔ＋Ｆｘ，（５）
Ｆｘ—Ｆｆ—ｍｖｄ２ｚｖ／ｄｔ２＋Ｂｖｄｘｖ／ｄｔ＋
（Ｋｈｋｌ＋Ｋｆｖ）ｚｖ．（６）式中：忌ｉ为比例电磁铁的电流力增益；ｉ为线圈电
流；ｚ，为衔铁位移；ｍＴ为比例电磁铁衔铁组件的质
量；ＢＴ为比例电磁铁衔铁的阻尼系数；Ｆ。为伺服阀阀芯对衔铁组件的作用力；Ｆｒ为反馈杠杆对阀芯的
作用力；ｍ。为阀芯质量；Ｂｖ为阀芯阻尼系数；ｚｖ为阀芯位移；Ｋｒｖ为阀芯稳态液动力刚度系数；Ｋ。为阀
芯反馈弹簧刚度；志。为杠杆比，ｋ。＝（口＋６）／ｂ．
１．４伺服阀控液压缸的数学模型变量泵伺服缸的流量大小取决于伺服阀的开口
量，伺服缸活塞主要受液压力、反馈杠杆作用力以及
斜盘推力等作用，根据这些可列出伺服缸流量方程
与力平衡方程［６１为
ｑｖ．Ｌ—ｋｑＸＶ—ｋｃＰＬ，（７）
虮＝Ｃｌｐ户Ｌ＋Ａ。百ｄ．ｒｐＴ砸Ｖ，警，（８）
舢。２ｍ，争＋Ｂ－堕ｄｔ＋№，＋ＦＬ．（９）
式中：ｑ眦为液压缸负载流量；ｋ。为阀芯在零位附近
的流量增益；ｋ。为阀芯在零位附近的流量一压力系数；Ｐ。为液压缸负载压力；Ｃ。。为液压缸的总泄漏系数；Ａ，为液压缸活塞的有效面积；ｚ。为液压缸活塞
的位移；、，。为液压缸的有效总容积；ｍ。为活塞组件
的总质量；Ｂ，为活塞组件的黏性阻尼系数；Ｋ。为活
塞的对中弹簧剐度；Ｆ。．为活塞的作用力．
变量泵斜盘操纵结构的力矩平衡方程为了４ｆｌ刮｜ｌ
王
万方数据第３期彭增雄等：液压泵控马达数字调速系统研究２０７
ＦＬＬ２＝．，。ｄ２ｚ，／ｄｔ２＋Ｂ叩ｄｘ，／ｄｔ＋Ｋ叩Ｌ；ｚ。．（１０）式中：．，。。为斜盘的转动惯量；Ｌ“为液压缸到斜盘转
动中心的距离；Ｂ。为斜盘转动的黏性摩擦系数；Ｋ。。为斜盘压紧弹簧的刚度．液压缸活塞位移机械反馈机构通过反馈杠杆和
阀芯反馈弹簧的作用，将活塞的位移转化为力特性
的输出，作用在阀芯上，与比例电磁铁的输出力相平衡，从而使阀芯回到零位，反馈杠杆的方程为
Ｆｆ一（ｚｖｋｉ＋ｚ。ｋ２ｋ１）Ｋｈ，（１１）式中ｋ。为杠杆比，ｋ：一（口＋ｂ）／ｃ．
２液压泵控马达调速系统动态特性
２．１液压泵控马达的动态特性分析假设变量泵输入轴的转速不变，以变量泵的排
量比ｅ为输入，定量马达的转速为输出，建立该调速
系统模型．将式（３）（４）进行拉普拉斯变换，可得到系统的传递函数，代入泵和马达的实际参数，其频率
特性图与阶跃输入时域响应曲线如图３和图４
所示．
ｆ．量
睾ｏ口／（ｒａｄ·。一１图３液压泵控马达频率特性图Ｆｉｇ．３Ｃｕｒｖｅｏｆｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｕｍｐ－ｍｏｔｏｒ
图４液压泵控马达阶跃输入时域响应曲线Ｆｉｇ．４Ｃｕｒｖｅｏｆｓｔｅｐｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｕｍｐ－ｍｏｔｏｒ
从图３和图４可见，液压泵控马达调速系统是一个二阶振荡系统，等效为折算到马达输出轴上的负载转动惯量和高低压油路容积形成的液压弹簧组成的
质量一弹簧谐振系统口］，谐振频率约为１７０ｒａｄ／ｓ，阻尼
比约为０．１２７；马达转速１５００ｒ／ｒａｉｎ时，阶跃响应调节
时间约为０．１ｓ，该调速系统带宽较大，响应较快，但由
于低阻尼的缘故，响应超调量大．
２．２变量泵排量伺服机构系统动态特性对式（５）～（１１）进行拉普拉斯变换，在Ｍａｔｌａｂ＼
Ｓｉｍｕｌｉｎｋ中建立变量泵排量伺服机构系统的仿真模型，可得到以比例电磁铁控制电流为输入，以泵排
量比（ｘ，－ｔ应泵的斜盘摆角）为输出的系统闭环波特图
（图５）及阶跃输入时域响应曲线（图６）．
ｔｏ／（ｒａｄ·ｓ一１１图５阀控液压缸伺服系统闭环波特图Ｆｉｇ．５Ｂｏｄｅｃｈａｒｔｏｆｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍ
图６阀控液压缸伺服系统阶跃输入时域响应曲线Ｆｉｇ．６Ｃｕｒｖｅｏｆｓｔｅｐｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍ
根据图５，将伺服阀控液压缸的频率特性分析
如下：忽略液压缸内液压弹簧与负载质量构成的二
阶振荡环节（固有频率４８３５ｒａｄ／ｓ）形成的系统高频
特性，系统的闭环频率特性主要由低频一阶惯性环节及伺服阀阀芯运动二阶振荡环节组成，系统的
一３ｄＢ带宽约为１０．８ｒａｄ／ｓ；在低频段没有出现谐振峰值，说明系统响应平稳，如图６所示．
２．３伺服排量机构对调速系统动态特性的影响根据上述对液压泵控马达系统及其排量伺服机
构频率特性的分析可知，由于泵控马达系统本身的
固有频率较高，约为１７０
ｒａｄ／ｓ，但排量伺服机构的
万方数据
直驱式容积控制DDVC电液伺服系统及应用液压控制技术在工业
自动化中的应用
直驱式容积控制DDVC电液伺服系统及应用液压控制技术在工业自动化中的应用
一、前言
随着工业自动化的不断发展，液压伺服系统作为一种优秀的动力传递和控制手段，被广泛应用于各种机械设备中。其中，液压控制技术是实现高精度、高可靠性、大功率控制的关键技术之一。本文将介绍一种新型的电液伺服系统——直驱式容积控制DDVC电液伺服系统，并探讨其在工业自动化中的应用。
二、直驱式容积控制DDVC电液伺服系统介绍
1. 液压伺服系统的优缺点
液压伺服系统是一种以液压元件为主要执行元件的动力传递和控制系统。与机械传动和电传动相比，液压伺服系统具有以下优点：
1. 传动可靠、功率密度高
2. 传动平稳、响应快、精度高
3. 可以长时间连续运行
4. 可以抵抗恶劣环境的干扰和故障
但是，液压伺服系统也有一些缺点：
1. 系统复杂、维护成本高
2. 需要较大的动力单元来提供液压能量
3. 液压元件噪音大、污染环境
4. 其调节性能受到流量特性和压力特性的限制
2. 直驱式容积控制DDVC电液伺服系统的基本原理
直驱式容积控制DDVC电液伺服系统是在已有容积式液压传动系统基础上，采用数字控制技术、高效率磁力直驱技术和容积控制技术相结合而成的一种新型的伺服系统。其基本原理是通过等量液压缸直接驱动负载，纯数字化控制液压泵的输出流量和压力，实现系统的高精度、高效率、低噪音、无油污染和全数字化控制。
3. 直驱式容积控制DDVC电液伺服系统的主要特点
直驱式容积控制DDVC电液伺服系统相比传统液压系统，具有如下特点：
1. 直接驱动负载，转换效率高 2. 无须传统控制阀和液压元件，系统压降小，无噪音，无油污染
3. 系统响应快、精度高、调控性能稳定、可靠性高
4. 可虚拟仿真工艺，大大缩短产品开发周期，提高产品质量和竞争力
5. 适应范围广，可广泛应用于各种机械设备中，特别是工业自动化领域
三、直驱式容积控制DDVC电液伺服系统在工业自动化中的应用
液压泵综合试验台设计
液压泵综合试验台设计
摘 要 本文介绍了利用变频调速技术 ,通过微机进行综合测控的液压泵试验台的
设计方法 ,并给出了该试验台对 JB P - 40 泵的测试结果 , 说明了该系统设计的合理性和
有效性 。
随着现代技术的发展 ,液压传动的应用越来越广泛 。尤其是高压 、高速 、大功率的场合 ,液
压技术的应用更为普通 ,与此同时 ,人们对液压元件的质量也提出了更高的要求 。国内外厂商
研制了许多新型的液压元件 ,这些新型的元件都需要进行全面的性能测试 ,因此就要求有高性
能的试验装置 。本系统正是为了满足我院研制的 JBP 系列新型径向柱塞泵的综合试验而设
计的 。
JBP 泵是由我院设计的新型径向柱塞泵 , 该泵具有压力高 、噪声低 、寿命长 、结构简单 、对
介质污染敏感小等特点 ,为了使该成果尽快转化 ,投入市场 ,需要对该泵进行全面的性能测试 。
我们参照 JB2147 - 85 液压泵型式试验标准 [ 1 ] 所列的测试项目来进行试验台的设计 。系统要
求测试泵在不同输入转速下的输出压力 、流量 、温度等多种参数 ,数据处理量大 ,为此我们应用
变频调速技术和微机测控技术完成了试验台系统的总体设计 。通过实践证明系统设计是合理
的 ,能获得令人满意的实验结果 。
该系统设计主要分为两大部分 : ( 1) 具有变频调速性能的液压系统设计 ; ( 2 ) 微机测控系
统设计 。
1 液压系统设计
试验台液压系统基本结构如图 1 所示 。
1. 1 动力驱动部分设计
液压泵试验台的动力源部分 ,我们采用了先进的变频调速技术 。变频器选用 SAN EN 通
用型全数字式变频器 ,该变频器内部配置了 16 位微处理器 ,可以方便地和计算机进行接口 ,实
现自动控制 。变频技术和液压技术的结合是目前液压传动的一个新的发展方向 [ 2 ] , 我们的实
验台通过应用这一新技术 , 除了可进行常规的液压泵型试验外 , 还可进行以下几个方面的研
液压系统节能技术
液压系统节能技术
液压系统是目前世界上广泛应用的一种传动方式。然而，液压系统的高能耗、高噪声、高温度和易泄漏等问题严重影响了其可靠性和安全性。为了研究液压系统的节能技术，本文对液压系统的原理、节能技术和应用领域进行了研究和分析。
一、液压系统的原理
液压系统是一种基于液体流体力学原理的能量传递和控制系统。液压系统由动力源、执行器、液压元件、控制元件和油路五部分组成。其中，动力源提供驱动液压泵的能量，将液体压缩成高压、高流量的液流；液压元件包括液压缸、液压马达、液压阀等，它们将压缩的液体输出为力或功，完成机械运动；执行器是液压系统的输出部分，用来完成机械的移动、力量的作用或能量的变换；控制元件包括液压电磁阀、液压比例阀等，用来控制和调节压力、流量、方向、速度等参数；油路是液压系统传递和控制能量的通道，连接液压元件、控制元件和执行器。
二、液压系统的节能技术
1. 液压系统效率的提高
液压系统效率的提高是节能的根本保证。一般来说，液压系统的效率包括压力能转换效率、功率能转换效率和总效率三个方面。压力能转换效率是指液压系统在工作中将压力能转化为工作的能力，取决于系统的压力损失；功率能转换效率是指液压系统在工作中将动力源提供的能量转化为机械能，取决于系统的输油量和流量；总效率是指液压系统在工作中能够将能量的损失降到最小值。
液压系统效率的提高可以通过以下方法实现：
（1）选用合适的泵和执行器。使用低耗泵和低耗执行器可提高系统效率，减少泄漏。
（2）合理设计管路，减少阻力。将管路路径缩短，减少弯曲和粗糙度，可减少管路阻力和压力损失。 （3）提高系统压力。增加液压系统的压力可提高效率，但需优化系统设计，以避免增加泄漏和噪声等问题。
2. 液压系统节能元件的应用
液压系统节能元件的应用也是液压系统实现节能的有效途径，包括以下几个方面：
（1）比例液压阀。比例液压阀采用电脑技术，可根据需求实时控制压力、流量、速度等参数，减少液压系统的能耗和噪声。
某电液伺服系统断电保护装置的研制
２０１１年８月 第３９卷第１６期 机床与液压
ＭＡＣＨＩＮＥ Ｔ０ＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ Ａｕｇ．２０１１ Ｖ０１．３９ Ｎｏ．１６
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—３８８１．２０１１．１６．０１７
某电液伺服系统断电保护装置的研制
谢战洪，谢正
（中国船舶重工集团公司第７１３研究所，河南郑州４５００１５）
摘要：针对泵控马达位置伺服系统断电保护难题，确定了组合阀式断电保护装置技术方案，完成了该装置的生产、装 配，并对其功能、性能进行实验。结果表明：该装置技术方案设计合理，各项指标达到设计要求，工作稳定可靠，有较大 的推广价值。 关键词：断电保护；泵控马达；插装阀；伺服系统 中图分类号：ＴＨ１３７ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００１—３８８１（２０１１ｌ １６—０４７—４
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｆｏｒ Ｌｏｓｔ Ｐｏｗｅｒ ｏｆ Ｃｅｒｔａｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏ－ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｓｅｒｖｏ Ｓｙｓｔｅｍ
ＸＩＥ Ｚｈａｎｈｏｎｇ．ＸＩＥ Ｚｈｅｎｇ
（Ｎｏ．７１３ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｉｎａ Ｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｉｎｄｕｓｔ￣Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｈｅｎａｎ ４５００１５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｅｄ ａｔ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｌｏｓｔ ｐｏｗｅｒ ｏｆ ｐｕｍｐ－ｃｏｎｔｒｏｌ—ｍｏｔｏｒ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｓｅｒｖｏ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｂｅｉｎｇ ｏｕｔ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌ， ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｆｏｒ ｌｏｓｔ ｐｏｗｅｒ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｗｉｔｈ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎａｌ ｖａｌｖｅｓ．Ｔｈｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ａｎｄ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｏｆ ｔｈｉｓ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ａｎｄ ｔｅｓｔ ｏｆ ｉｔｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｃｏｍｐｌｅｔｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｓｃｈｅｍｅ ｉｓ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ，ｅｖｅｒｙ ｉｎｄｅｘ ｍｅｅｔｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｒｅｑｕｅｓｔ，ａｎｄ ｔｈｅ ｎｅｗ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｗｏｒｋｓ ｒｅｌｉａｂｌｙ ａｎｄ ｓｔａｂｌｙ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｗｏａｈ ｂｅｉｎｇ ｐｒｏｍｏｔｅｄ ｔｏ ｓｏｃｉｅｔｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ｌｏｓｔ ｐｏｗｅｒ；Ｐｕｍｐ—ｃｏｎｔｒｏｌ－ｍｏｔｏｒ；Ｃａｒｔｒｉｄｇｅ ｖａｌｖｅ；Ｓｅｒｖｏ ｓｙｓｔｅｍ
液压传动技术-毕业论文设计
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毕业论文
题目：液压传动的根本原理与在工业中的应用
班级：专业：
学生某某：
指导教师：
日期：
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1. 引言 ………………………………………………………………………………………(2)
2. 第二章液压技术的定义与开展 ……………………………………………………(3)
2.1. 液压传动概论……………………………………………………………………………(3) 2.2. 开展概况…………………………………………………………………………………(5)
3. 第三章液压传动根本原理……………………………………………………………12)
3.1 液压传动的根本原理…………………………………………………………………(12)
3.2 工作特点 ………………………………………………………………………………(14)
3.3 液压传动系统的组成…………………………………………………………………(15)
3.4 液压传动系统的工作原理 …………………………………………………………(16)
4. 第四章 液压传动系统在工业开展中的应用……………………………………(22)
4.1 在能源工业中的应用…………………………………………………………………(22)
完毕语…………………………………………………………………………………………(26)
致谢……………………………………………………………………………………………(27)
参考文献………………………………………………………………………………………(28)
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《一》引言
论文目的：深入学习液压传动工作原理，开拓液压应用技术的广阔
开展空间
社会意义：随着计算机技术的开展，液压系统与智能控制技术、计算机控制技
术的结合使 液压应用技术在未来有着广阔的开展前景，而且已收到
面向液压系统动态特性的数字仿真技术研究
・３０・ 文章编号：１００２—６８８６（２００８）０１—００３０—０３ 面向液压系统动态特性的数字仿真技术研究 胡少刚，周垫敏，褚辉生 （常州工学院，江苏 常州 ２１３００２） 摘要：本文研究液压系统动态特性建模理论和方法，对节流调速系统进行了数学建模 数字仿真、动态特性分析及提出改 善措施。 关键词：动态特性数学建模数字仿真液压系统． Ｔｈｅ Ｓｔｕｄｙｉｎｇ ｏｆ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ Ｆａｃｅｄ ｏｎ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｐｒ０ｐｅｎｉ８ ｏｆ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｓｙｓｔｅｍ ＨＵ Ｓｈａｏｇａｎｇ，ＺＨＯＵ Ｋｕｎｍｉｎ，ＣＨＵ Ｈｕｉｓｈｅｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ：ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｓｔｕｄｉｅｄ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｍｏｄｅｌ ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｙｓｔｅｍ ｄｙｎａｍｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｂｕｉｌｔ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ，ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｎｕｍｕｌａｔｉｏｎ，ｄｙｎａｍｉｃ ｂｅｈａｖｉｏｕｒ ａｎａｌｙｓｉｎｇ ｆｏｒ ｓｐｅｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｙ ｔｈｒｏｔｔｌｉｎｇ ｆｌｏｗ，ａｎｄ ｂｒｏｕｇｈｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｙｎａｍｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ；ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｍｏｄｅｌ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｙｓｔｅｍ ０ 引言 液压传动与控制技术是现代机械装备技术进步的基 础技术，近半个世纪以来几乎应用于绝大部分机械设备的 驱动、传动和控制，如国外生产的９５ 的工程机械、９Ｏ 的数控加工中心、９５ 以上的自动化生产线都采用液压传 动与控制技术。随着现代机械装备的不断发展与进步，对 液压传动与控制技术的要求也越来越高。采用传统的静 态经验设计液压系统已不能满足要求，目前液压技术领域 中的国内外学者正致力于液压系统动态设计理论和方法 的研究，以适应液压技术发展的要求。计算机数字仿真技 术渗透于液压系统动态特性的研究，使液压系统设计进入 了信息化设计的新时代。节流调速系统常作为终端执行 系统中关键的传动系统，其动态特性的好坏直接影响终端 执行件的工作精度（包括位置精度、运动精度等）以及工作 的稳定性、响应速度和动态刚度。因此，本文对节流调速 系统进行数学建模和数字仿真，研究分析其动态特性，提 出改善动态特性的措施，旨在提高现代机械特别是机床的 工作精度和使用性能。 ｌ 液压系统动态特性建模理论和方法 研究液压系统动态特性的主要方法，有传递函数分析 法、模拟仿真法、实验研究法和数字仿真法等。 基于经典控制理论的传递函数分析法，是在拉氏变换 的基础上，以系统本身参数描述线性定常系统输入量与输 出量的关系，它表达了系统内部的固有特性，目前较为成 熟，方法简便实用，但通常只局限于单输入、单输出的线性 定常系统，而液压系统多为多输入、多输出非线性时变系 统。因此，采用这种研究方法分析液压系统的动态特性具 有一定的局限性，不可避免出现误差。 模拟仿真法是采用物理模拟量进行计算机运算的一 种实用的研究手段，具有接近实际情况，系统参数调整和 调试简单及运算速度快等特点，但其运算精度低。 用实验研究法分析系统动态特性曾是一种行之有效 的研究手段，能直观真实地分析系统动态特性和参数变 化，但研究周期长，费用大，且通用性差。 基于现代控制理论的数字仿真是当前学术界正在关 注和研究的一种前沿的研究系统动态特性的方法，通过建 立状态方程动态模型，然后在计算机上求出各种主要变量 在动态过程中的时域解，它既可用于线性系统，也可用于 非线性多变量时变系统，并能完全表征系统的动态行为， 刻画出系统内部结构和动态特性，它具有精确、可靠、适应 性强、周期短和费用低的优点。 本文采用传递函数和 状态空间方程分析法进行 节流调速液压系统动态建 模，并进行数字仿真，据此 提出改善系统动态品质的 措施。 ２数学建模 图１回油节流调速系统工作原理
基于AMESim的电液伺服速度控制系统仿真分析
Ｈｖｄｒａｕｌｉｃｓ Ｐｎｅｕｍａｔｉｃｓ＆Ｓｅａｌｓ／Ｎｏ．４．２００８
基于ＡＭＥＳｉｍ的电液伺服速度控制系统仿真分析
王 强 吴张永 李红星 武鹏飞 刘建强
（昆明理工大学流体控制工程研究所，云南昆明６５００９３）
摘 要：在电液伺服控制系统设计分析中，由于传统的数学建模方法比较复杂，本文利用面向工程设计的高级建模软件ＡＭＥＳｉｍ对阀
控液压马达电液伺服速度控制系统进行建模，并对其动态特性进行了仿真分析，得到了较好的分析结果。
关键词：电液伺服控制系统；ＡＭＥＳｉｍ；仿真分析 中图分类号：ＴＨ１３７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８—０８１３（２００８）￣一００３１—０３
Ｓｉｍｕｌａｆｉｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｓｅｒｖｏ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ
Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ａ ＭＥＳｉｒｅ
ＷＡＮＧ Ｑｉａｎｇ ｗｕ Ｚｈａｎｇ—ｙｏｎｇ ＬＩ Ｈｏｎｇ—ｘｉｎｇ ＷＵ ｐｅ －ｆｅｉ ＬＩＵｆｉａｎ—ｑｉａｎｇ
ｆＩｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｆｌｕｉｄ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，
Ｋｕｎｍｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５００９３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌｉｎｇ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｅｌｅｔｒｏ－ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｅｒｖｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ，ｉｓ ｃｏｍｐａｒ－ ａｔｉｖｅ ｃｏｍｐｌｅｘ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｕｓｅ ＡＭＥＳｉｍ ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｗｈｉｃｈ ｏｒｉｅｎｔｓ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ，ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｖａｌｖｅ—ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｓｙｓｔｅｍ，
液压数字阀的开发与发展趋势(最新整理)
液压数字阀的发展现状及趋势
摘要：本文介绍了一些国内外液压元件的发展与成果，特别是作者在此开发过程中的研究与
发展，有助于在数字化时代中液压技术与产品的进一步发展。
0．引言
从19世纪末到20世纪70年代，液压技术与电磁技术、自控技术不断融合，先后出现
了电磁阀、伺服阀、比例阀，开辟了液压技术向高响应、高精度发展的新领域，使得液压技
术作为一种基本的传动型式占有重要的地位，并且以优良的静态、动态性能而成为一种重要
的控制手段。70年代以后，由于微电子技术特别是计算机技术的迅猛发展，微机的应用越
来越多，同样，近几年来液压与微电子、计算机技术相结合使液压技术的发展进入了一个新
的发展阶段。机电液一体化已成为液压技术最明显的发展趋势之一，它与高性能参数（高速、
高压、大流量、快响应）、可靠性、节能、开拓新的应用领域等几个方向构成液压技术发展
的主流。
液压技术与微机控制的结合促进了液压比例技术、伺服技术及液压数字技术的发展。电
液比例技术及电液伺服技术就广义来讲它们只是机电液一体化的最初阶段。只有电子技术发
展到计算机阶段，形成了由硬件和软件组成的完整信息处理技术，才为机电一体化开拓了更
为广阔的前景。1．液压数字控制的优势
在机电液一体化中，数字控制系统的重复精度高，控制特性易调整，不仅能保证大幅度
提高产品质量，而且比一般系统相比有更高的生产率和适应性，使系统在动静态精度、效率、
操作性、节能等方面得到改善。同时可利用软件等获得不同的工作程序或性能，以满足不同
的需要，因此液压系统和元件更具有灵活性。数字控制系统可提高自动化程度，增加控制及
操作方面功能，由于微机的溶入，使智能技术能够被工业生产充分利用，使系统对环境具有
一定的主动适应能力，另外，机电液一体化技术不仅从单机系统来看可控制，而且能组成多
机综合系统，完成复杂的生产任务，并为计算机集成制造系统（CIMS）的实现创造了条件，
液压技术与计算机技术完美结合将会给工业生产带来一次新的革新。2．液压数字元件的发展现状
探讨机械自动化生产中现代液压技术的应用
TECHNOLOGY AND INFORMATION工业与信息化
110 科学与信息化2020年11月中探讨机械自动化生产中现代液压技术的应用
刘力攀 陆锐 魏巍
武汉船舶通信研究所 湖北 武汉 430205
摘 要 现代液压技术是我国机械传动领域中应用较广泛的技术，其发展与更新的速度在不断加快。为适应快速发展的现代机械化水平，现代液压技术不断地与新型智能化技术融合，不断地在工程发展中改进。现阶段，应用现代液压技术的程度已成为衡量一个国家工业水平的重要标志。随着我国机械化的快速发展以及各项重大工程的开工建设，对机械自动化的性能要求越来越高。现代液压技术集成应用到机械生产中，可使其破除发展瓶颈，实现更高程度的飞跃。由此，本文展开了相关的分析。
关键词 机械自动化；现代液压技术；应用
1 现代液压技术发展现状
（1）数字液压技术。数字液压技术是液压元件具有流体
流动离散化或控制信号离散化特征的液压系统，也被称为数
字液压系统。通过数字液压技术可以实现农林机械、工程机
械的智能化、高效率、数字化和网络化。计算机的日益发展和
普及，对发展液压组件产生了前所未有的促进作用，各种功用
的数字化液压组件不断出现，液压系统的数字化和微机化已成
为发展潮流。同样，数字化液压组件的良好使用性，一方面满
足了用户的需要，另一方面也对液压组件的研制提出了全新理
念。数字液压元件主要有数字液压阀、数字液压缸、数字液压
泵、数字液压马达等。在液压马达上装载数字液压阀，可以精
确地控制转速，吊车旋转将更加均匀，速度平稳，内置油缸变
成数字缸，可以精确地控制大臂的角度。数字液压技术主要有
直接数字液压技术和间接数字液压技术[1]。
（2）智能液压技术。液压技术的高级形式已发展到把编
程后的芯片和液压控制元件、液压执行元件、能源装置、检测
反馈装置、数模转换装置、集成电路等汇成一体，形成智能液
压技术体系。农林机械、工程机械液压系统在使用过程中会出
现问题或故障，需及时解决。液压系统故障发生时较隐蔽，并
基于PLC的液压机控制系统设计
电气技术与自动化刘俊,等基于PLC的液压机控制系统设计
MachineBuildingAutomation,Feb2011,40(1):157-160作者简介:刘俊(1985),男,辽宁铁岭人,硕士研究生,研究方向为智能控制。基于PLC的液压机控制系统设计
刘俊,李文(大连交通大学电气信息学院,辽宁大连116028)摘要:针对传统液压机控制系统的不足,为使其拥有更好的性能和人性化操作界面,构建了基于PLC与工业触摸屏的电气控制系统整体结构,设计采用三菱FX1NPLC作为主控核心,实现的功能分别为与上位机的数据交换,对液压机外围硬件电路以及内部阀体控制和对压力、位移、温度的数据检测。并给出相应的PLC程序及部分上位机界面设计。应用结果表明,与传统设计相比,该系统既可以实现自动优化运行,又可以满足手动控制的操作要求,提高了工作效率,是机电一体化的典型应用。关键词:液压控制;电气控制;可编程逻辑控制器;数据检测;人机界面中图分类号:TH137;TM57文献标志码:B文章编号:16715276(2011)01015704
ControlSystemDesignofHydraulicPressBasedonPLCLIUJun,LIWen(ElectricalandInformationInstitute,DalianJiaotongUniversity,Dalian116028,China)Abstract:Tomakeupfortheshortageinthetraditionalcontrolsystemforhydraulicpress,thispaperconstructstheoverallstructureofelectricalcontrolsystembasedonPLCandindustrialtouchscreen.Inordertomakethissystemhasbetterperformanceandhumanizedoperationinterface,MitsubishiFX1NPLCisusedasthecoretorealizeitsfunctiondataexchangewithPC,thecontroloftheperipheralhardwarecircuitsandinternalvalves,andthedatadetectioninthepressure,displacementandtemperature.AnditalsooffersthedesignofthecorrespondingPLCprocedureandpartofthePCinterfacedesign.Runningresultshowsthatcomparedwiththetraditionaldesign,thesystemnotonlycanrealizetheautomaticoptmialoperation,butalsocanmeettheperformancerequirementsformanualcontrolandmiproveworkefficiency.Thisisatypicalapplicationofmechanicalandelectricalintegration.Keywords:hydrauliccontro;lelectricalcontro;lPLC;datadetection;HMI(HumanMachineInterface)