机械设计手册

第22篇 液压控制

第1章 控制理论基础22-3

1 控制系统的一般概念22-3

1.1 反馈控制原理22-3

1.2 反馈控制系统的组成、类型和要求22-3

2 线性控制系统的数学描述22-4

2.1 微分方程22-4

2.2 传递函数及方块图22-5

2.3 控制系统的传递函数22-7

2.4 信号流图及梅逊增益公式22-8

2.4.1 信号流图和方块图的对应关系22-8

2.4.2 梅逊增益公式22-9

2.5 机、电、液系统中的典型环节22-10

2.6 频率特性22-11

2.6.1 频率特性的定义、求法及表示方法22-11

2.6.2 开环波德图、奈氏图和尼柯尔斯图的绘制22-12

2.7 单位脉冲响应函数和单位阶跃响应函数22-14

3 线性控制系统的性能指标22-15

4 线性反馈控制系统分析22-16

4.1 稳定性分析22-16

4.1.1 稳定性定义和系统稳定的充要条件22-16

4.1.2 稳定性准则22-16

4.1.3 稳定裕量22-18

4.2 控制系统动态品质分析22-19

4.2.1 时域分析法22-19

4.2.2 频率分析法22-22

4.2.3 控制系统波德图的绘制22-24

4.3 控制系统的误差分析22-24

4.3.1 误差和误差传递函数22-24

4.3.2 稳态误差的计算22-25

4.3.3 改善系统稳态品质的主要方法22-26

5 线性控制系统的校正22-26

5.1 校正方式和常用的校正装置22-26

5.1.1 校正方式22-26

5.1.2 常用的校正装置22-27

5.2 用期望特性法确定校正装置22-31

5.2.1 期望特性的绘制22-31

5.2.2 校正装置的确定22-32

5.3 用综合性能指标确定校正装置22-33

6 非线性反馈控制系统22-34

6.1 概述22-34

6.2 描述函数的概念22-35

6.3 描述函数法分析非线性控制系统22-38

6.3.1 稳定性分析22-38

6.3.2 振荡稳定性分析22-39

6.3.3 消除自激振荡的方法22-39

6.3.4 非线性特性的利用22-39

6.3.5 非线性系统分析举例22-40

7 控制系统的仿真22-40

7.1 系统仿真的基本概念22-40

7.1.1 模拟仿真和数字仿真22-40

7.1.2 仿真技术的应用22-42

7.2 连续系统离散相似法数字仿真22-42

7.2.1 离散相似法的原理22-42

7.2.2 连接矩阵及程序框图22-43

8 线性离散控制系统22-45

8.1 概述22-45

8.1.1 信号的采样过程22-45

8.1.2 信号的复原22-46

8.1.3 数字控制系统的离散脉冲模型22-46

8.2 Z变换22-47

8.2.1 Z变换定义22-47

8.2.2 Z变换的基本性质22-49

8.2.3 Z反变换22-49

8.2.4 用Z变换求解差分方程22-50

8.3 脉冲传递函数22-50

8.3.1 脉冲传递函数的定义22-50

8.3.2 离散控制系统的脉冲传递函数22-51

8.4 离散控制系统分析22-51

8.4.1 稳定性分析22-51

8.4.2 过渡过程分析22-52

8.4.3 稳态误差分析22-53

第2章 液压控制概述22-54

1 液压控制系统与液压传动系统的比较22-54

2 电液伺服系统与电液比例系统的比较22-55

3 液压伺服系统的组成及分类22-55

4 液压伺服系统的几个重要概念22-56

5 液压伺服系统的基本特性22-56

6 液压伺服系统的优点、难点及应用22-57

第3章 液压控制元件、液压动力元件、伺服阀22-59

1 液压控制元件22-59

1.1 液压控制元件概述22-59

1.1.1 液压控制元件的类型及特点22-59

1.1.2 液压控制阀的类型、原理及特点22-59

1.1.3 液压控制阀的静态特性及其阀系数的定义22-60

1.1.4 液压控制阀的液压源类型22-61

1.2 滑阀22-61

1.2.1 滑阀的种类及特征22-61

1.2.2 滑阀的静态特性及阀系数22-62

1.2.3 滑阀的力学特性22-64

1.2.4 滑阀的功率特性及效率22-66

1.2.5 滑阀的设计22-66

1.3 喷嘴挡板阀22-67

1.3.1 喷嘴挡板阀的种类、原理及应用22-67

1.3.2 喷嘴挡板阀的静态特性22-68

1.3.3 喷嘴挡板阀的力特性22-69

1.3.4 喷嘴挡板阀的设计22-69

1.4 射流管阀和射流偏转板阀22-70

1.4.1 射流管阀的紊流淹没射流特征22-70

1.4.2 流量恢复系数与压力恢复系数22-71

1.4.3 射流管阀的静态特性及应用22-71

1.4.4 射流偏转板阀的特点及应用22-72

2 液压动力元件22-73

2.1 液压动力元件的类型、特点及应用22-73

2.2 液压动力元件的静态特性及其负载匹配22-73

2.2.1 动力元件的静态特性22-73

2.2.2 负载特性及其等效22-74

2.2.3 阀控动力元件与负载特性的匹配22-76

2.3 液压动力元件的动态特性22-76

2.3.1 对称四通阀控制对称缸的动态特性22-76

2.3.2 对称四通阀控制不对称缸分析22-82

2.3.3 三通阀控制不对称缸的动态特性22-84

2.3.4 四通阀控制液压马达的动态特性22-85

2.3.5 泵控马达的动态特性22-87

2.4 动力元件的参数选择与计算22-89

3 伺服阀22-90

3.1 伺服阀的组成及分类22-90

3.1.1 伺服阀的组成及反馈方式22-90

3.1.2 伺服阀的分类及输出特性22-91

3.1.3 电气-机械转换器的类型、原理及特点22-91

3.2 典型伺服阀的结构及工作原理22-92

3.3 伺服阀的特性及性能参数22-96

3.3.1 流量伺服阀的特性及性能参数22-96

3.3.2 压力伺服阀的特性及性能参数22-99

3.4 伺服阀的选择、使用及维护22-101

3.5 伺服阀的试验22-102

3.5.1 试验的类型及项目22-103

3.5.2 标准试验条件22-103

3.5.3 试验回路及测试装置22-104

3.5.4 试验内容及方法22-104

第4章 液压伺服系统的设计计算22-106

1 电液伺服系统的设计计算22-106

1.1 电液位置伺服系统的设计计算22-106

1.1.1 电液位置伺服系统的类型及特点22-106

1.1.2 电液位置伺服系统的方块图、传递函数及波德图22-106

1.1.3 电液位置伺服系统的稳定性计算22-108

1.1.4 电液位置伺服系统的闭环频率响应22-108

1.1.5 电液位置伺服系统的分析及计算22-110

1.2 电液速度伺服系统的设计计算22-111

1.2.1 电液速度伺服系统的类型及控制方式22-111

1.2.2 电液速度伺服系统的分析与校正22-112

1.3 电液力（压力）伺服系统的分析与设计22-114

1.3.1 电液力伺服系统的类型及特点22-114

1.3.2 电液驱动力伺服系统的分析与设计22-114

1.3.3 电液负载力伺服系统的分析与设计22-118

1.4 电液伺服系统的设计方法及步骤22-120

2 机液伺服系统的设计计算22-124

2.1 机液伺服系统的类型及应用22-124

2.1.1 阀控机液伺服系统22-124

2.1.2 泵控机液伺服系统22-127

2.2 机液伺服机构的分析与设计22-128

3 电液伺服油源的分析与设计22-129

3.1 对液压伺服油源的要求22-129

3.2 液压伺服油源的类型、特点及应用22-130

3.3 液压伺服油源的参数选择22-130

3.4 液压伺服油源特性分析22-131

3.4.1 定量泵-溢流阀油源22-131

3.4.2 恒压变量泵油源22-132

4 液压伺服系统的污染控制22-133

4.1 液压污染控制的基础知识22-133

4.1.1 液压污染的定义与类型22-133

4.1.2 液压污染物的种类及来源22-133

4.1.3 固体颗粒污染物及其危害22-134

4.1.4 油液中的水污染、危害及脱水方法22-134

4.1.5 油液中的空气污染、危害及脱气方法22-135

4.1.6 油液污染度的测量方法及特点22-136

4.1.7 液压污染控制中的有关概念22-136

4.2 油液污染度等级标准22-137

4.2.1 GB/T14039-2002《液压传动-油液-固体颗粒污染等级代号法》22-137

4.2.2 PALL污染度等级代号22-140

4.2.3 NAS1638污染度等级标准22-140

4.2.4 SAE749D污染度等级标准22-141

4.2.5 几种污染度等级对照表22-142

4.3 不同污染度等级油液的显微图像比较22-142

4.4 伺服阀的污染控制22-143

4.4.1 伺服阀的失效模式、后果及失效原因22-143

4.4.2 双喷嘴挡板伺服阀的典型结构及主要特征22-144

4.4.3 伺服阀对油液清洁度的要求22-146

4.5 液压伺服系统的全面污染控制22-146

4.5.1 系统清洁度的推荐等级代号22-146

4.5.2 过滤系统的设计22-149

4.5.3 液压元件、液压部件（装置）及管道的污染控制22-151

4.5.4 系统的循环冲洗22-152

4.5.5 过滤系统的日常检查及清洁度检验22-152

5 伺服液压缸的设计计算22-153

5.1 伺服液压缸与传动液压缸的区别22-153

5.2 伺服液压缸的设计步骤22-153

5.3 伺服液压缸的设计要点22-154

6 液压伺服系统设计实例22-155

6.1 液压压下系统的功能及控制原理22-155

6.2 设计任务及控制要求22-157

6.3 APC系统的控制模式及工作参数的计算22-158

6.4 APC系统的数学模型22-160

7 液压伺服系统的安装、调试与测试22-162

8 控制系统的工具软件MATLAB及其在仿真中的应用22-163

8.1 MATLAB仿真工具软件简介22-163

8.2 液压控制系统位置自动控制（APC）仿真实例22-164

8.2.1 建模步骤22-164

8.2.2 运行及设置22-167

第5章 电液比例系统的设计计算22-173

1 概述22-173

1.1 电液比例系统的组成、原理、分类及特点22-173

1.2 电液比例控制系统的性能要求22-176

1.3 电液比例阀体系的发展与应用特点22-176

2 电-机械转换器22-177

2.1 常用电-机械转换器简要比较22-178

2.2 比例电磁铁的基本工作原理和典型结构22-178

2.3 常用比例电磁铁的技术参数22-181

2.4 比例电磁铁使用注意事项22-182

3 电液比例压力控制阀22-182

3.1 概述22-182

3.2 比例溢流阀的若干共性问题22-182

3.3 电液比例压力阀的典型结构及工作原理22-184

3.４典型比例压力阀的主要性能指标22-191

3.5 电液比例压力阀的性能22-191

3.6 电液比例压力控制回路及系统22-194

4 电液比例流量控制阀22-198

4.1 电液比例流量控制的分类22-198

4.2 由节流型转变为调速型的基本途径22-199

4.3 电液比例流量控制阀的典型结构及工作原理22-199

4.4 电液比例流量控制阀的性能22-203

4.5 节流阀的特性22-203

4.6 流量阀的特性22-204

4.7 二通与三通流量阀工作原理与能耗对比22-206

4.8 电液比例流量阀动态特性试验系统22-208

4.9 电液比例流量控制回路及系统22-208

4.1 0电液比例压力流量复合控制阀22-210

5 电液比例方向流量控制阀22-211

5.1 比例方向节流阀特性与选用22-211

5.2 比例方向流量阀特性22-214

6 比例多路阀22-217

6.1 概述22-217

6.2 六通多路阀的微调特性22-218

6.3 四通多路阀的负载补偿与负载适应22-218

7 电液比例方向流量控制阀典型结构和工作原理22-221

8 伺服比例阀22-225

8.1 从比例阀到伺服比例阀22-225

8.2 伺服比例阀22-225

8.3 伺服比例阀产品特性示例22-227

9 电液比例流量控制的回路及系统22-230

10 电液比例容积控制22-233

10.1 变量泵的基本类型22-234

10.2 基本电液变量泵的原理与特点22-234

10.3 应用示例——塑料注射机系统22-236

11 电控器22-238

11.1 电控器的基本构成22-238

11.2 电控器的关键环节及其功能22-239

11.3 两类基本放大器22-241

11.4 放大器的设定信号选择22-241

11.5 闭环比例放大器22-242

12 数字比例控制器及电液轴控制器22-242

12.1 数字技术在电液控制系统中的应用与技术优势22-242

12.2 数字比例控制器22-243

12.3 电液轴控制器22-247

13 电液控制系统设计的若干问题22-252

13.1 三大类系统的界定22-252

13.2 比例系统的合理考虑22-252

13.3 比例节流阀系统的设计示例22-252

第6章 伺服阀、比例阀及伺服缸主要产品简介22-256

参考文献22-412

《机械设计手册》第五版单行本共16分册，涵盖了机械常规设计的所有内容。各分册分别为：《常用设计资料》、《机械制图·精度设计》、《常用机械工程材料》、《机构》、《连接与紧固》、《轴及其连接》、《轴承》、《起重运输件·五金件》、《润滑与密封》、《弹簧》、《机械传动》、《减(变)速器·电机与电器》、《机械振动·机架设计》、《液压传动》、《液压控制》、《气压传动》。
　　《机械设计手册(第5版·单行本)：液压控制》为《液压控制》。其中第1章为控制理论基础，主要介绍控制理论基础知识以及典型控制系统；第2章为液压控制概述，主要介绍液压控制系统与液压传动系统、电液伺服系统与电液比例系统的对比，液压伺服系统的分类、特点、应用等；第3章为液压控制元件、液压动力元件、伺服阀，主要介绍液压控制元件(滑阀、喷嘴挡板阀、射流管阀和射流偏转板阀等)、液压动力元件、伺服阀的类型、特性、设计、应用等；第4章为液压伺服系统的设计计算，主要介绍电液伺服系统、电液速度伺服系统、机液伺服系统的设计计算，电液伺服油源的分析与设计，液压伺服系统的污染控制，伺服液压缸设计计算，液压伺服系统设计实例、安装与调试等；第5章为电液比例系统的设计计算，主要介绍电机械转换器、电液比例压力控制阀、电液比例流量控制阀、电液比例方向流量控制阀、比例多路阀、伺服比例阀、电控器等结构、性能参数、典型产品等；第6章为伺服阀、比例阀及伺服缸主要产品简介。
　　《机械设计手册(第5版·单行本)：液压控制》可作为机械设计人员和有关工程技术人员的工具书，也可供高等院校有关专业师生参考。

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