液压控制系统总复习题.pdf

1 流体控制系统课程流体控制系统课程 第一章第一章 概述概述 1. 液压控制系统基本组成。 液压放大器、液压执行元件液压放大器、液压执行元件 2. 液压控制系统分类。 按驱动方式和控制元件类型：节流式控制系统和容积式控制系统。按驱动方式和控制元件类型：节流式控制系统和容积式控制系统。 3液压控制系统的主要优缺点。 优点优点 功率密度大、负载能力强功率密度大、负载能力强 响应快、运动速度范围宽响应快、运动速度范围宽（阀控）（阀控） 负载刚度大、受冲击能力强负载刚度大、受冲击能力强 直线运动直线运动结构简单结构简单 缺点缺点 抗污染能力差、容易外泄、维护不便抗污染能力差、容易外泄、维护不便 受温度变化影响大受温度变化影响大 液压元件精度高、成本高液压元件精度高、成本高 液压能源的获取不如电动系统便利液压能源的获取不如电动系统便利 4节流式控制与容积式控制的区别。 液压伺服控制系统分为节流式控制（阀控式）和容积式控制（泵控式） 容积式控制（泵控式）容积式控制（泵控式） ；效率高，响应慢，精度差。；效率高，响应慢，精度差。 节流式控制（阀控式） ：效率低，响应快，精度高。节流式控制（阀控式） ：效率低，响应快，精度高。 第二章第二章 液压放大元件液压放大元件 1液压放大元件的作用。 （1 1）放大作用：小功率）放大作用：小功率 大功率大功率 （2 2）转换作用：机械能）转换作用：机械能 液压能液压能 （3 3）控制作用：控制液压油的流量和压力）控制作用：控制液压油的流量和压力 2基本的液压放大元件分类。 1. 1. 截止阀：只有两种工作状态：通或断截止阀：只有两种工作状态：通或断 2. 2. 比例阀：输出量比例于输入量，如滑阀、喷嘴挡板阀、射流管阀等比例阀：输出量比例于输入量，如滑阀、喷嘴挡板阀、射流管阀等 3. 3. 高速开关阀（高速开关阀（PWMPWM） 3节流公式及各参数含义。 A A 阀口节流面积阀口节流面积 液压缸 p p、q q 输出位移输出位移 滑阀 给定位移给定位移 液压源 负载 pACQ d 2 2 p p 节流口两边的压力差节流口两边的压力差 液体的密度液体的密度( (油液可取油液可取 ) ) C Cd d 随节流口结构形状和液流状态，在随节流口结构形状和液流状态，在 0.60.61.01.0 之间，之间， 可认为是无因次常数可认为是无因次常数( (取取 ) )。 4滑阀分类、特点。 按开口（重叠）量分按开口（重叠）量分 按凸肩数分按凸肩数分 5滑阀静特性含义。 （1 1）静态特性：滑阀流量、阀芯位移和阀压差三者之间的稳态关系，）静态特性：滑阀流量、阀芯位移和阀压差三者之间的稳态关系， 即：即： 6. 滑阀静特性分析三个基本假设。 理想的阀：没有间隙和泄漏理想的阀：没有间隙和泄漏 理想的液体：无粘性、不可压缩理想的液体：无粘性、不可压缩 理想的能源：能源压力恒定理想的能源：能源压力恒定 7. 线性化流量方程及阀系数。 阀系数：流量增益 压力流量系数 3 870/kg m 0.62 d C PTT AB PTT AB PTT AB 零开口四通滑阀零开口四通滑阀 正开口四通滑阀正开口四通滑阀 负开口四通滑阀负开口四通滑阀 油槽油槽 凸肩凸肩 PTT AB PTT AB PTT AB 两凸肩滑阀两凸肩滑阀 三凸肩滑阀三凸肩滑阀 四凸肩滑阀四凸肩滑阀 油槽油槽 凸肩凸肩 (,) LvL Qf xp LcvqL pKxKQ L q v Q K x 1 qdsL KC Wpp L c L Q K p Ls Lsvd c pp ppWxC K 2 1 q p c K K K 1 LdvsL QC Wxpp 3 压力增益 2(p) sL p v p K x 8. 零开口、正开口、负开口滑阀比较。 流量增益：流量增益： 正开口正开口 零开口零开口 压力增益：压力增益： 正开口正开口 零开口零开口 负开口有死区负开口有死区 9滑阀力特性，如何防止“滑阀液压卡死” 。 A液流力 稳态液流力稳态液流力 瞬态液流力 惯性力惯性力 摩擦力 干摩擦力 静摩擦力 粘性摩擦力粘性摩擦力 侧向力 在滑阀所受的力中，最主要的是液流力和惯性力，其次是摩擦力，而侧向力是在滑阀所受的力中，最主要的是液流力和惯性力，其次是摩擦力，而侧向力是 要尽可能减少或消除的力。要尽可能减少或消除的力。 B后果：出现阀芯卡紧现象 解决措施：在阀芯凸肩处开平衡槽 实践证明：开一道平衡槽能使侧向实践证明：开一道平衡槽能使侧向力减为无槽时的力减为无槽时的 40%40%，开三道可减为，开三道可减为 6%6%，开七道可减，开七道可减 为为 2.7%2.7%。 10双喷嘴挡板阀组成、特点和用途。 结构：两个单喷嘴阀共用一个挡板结构：两个单喷嘴阀共用一个挡板 特点：正开口四通阀特点：正开口四通阀 用途：做前置端（用途：做前置端（适用于前置放大级）适用于前置放大级） 11节流式液压放大元件最大效率。 v x UU O 正开口 零开口 负开口 Q sp 1 Q x n d 0 d 0x sp 3 Q 2 Q 4 Q L Q L Q 1 p 2 p 4 12 节流式放大元件负载压力 Pl 和能源压力 Ps 最大效率匹配原则。 上式 第三章第三章 液压动力元件液压动力元件 1液压动力元件的组成。 （1 1）定义）定义 利用液压能源直接控制负载运动利用液压能源直接控制负载运动的液压装置。的液压装置。 （2 2）基本结构）基本结构 液压放大元件液压放大元件+ +液压执行元件液压执行元件 （3 3）具体组成）具体组成 阀控缸、阀控马达（阀控缸、阀控马达（节流式节流式） 泵控缸、泵控马达（泵控缸、泵控马达（容积式容积式） 2. 液压动力元件组合形式。 a a 三三通阀控液压缸通阀控液压缸 b b 四通阀控液压缸四通阀控液压缸 c c 四通阀控液压马达四通阀控液压马达 d d 泵控马达泵控马达 3建立阀控缸或阀控马达模型两点假设和三个基本方程名称。 两点假设：两点假设： （1 1）阀是理想的）阀是理想的 （2 2）能源是理想的）能源是理想的 5 4. 液压控制系统传递函数的四个参数。 a a. .固有频率固有频率 b b. .阻尼系数阻尼系数 c c. .速度常数速度常数 d d. .刚度刚度 5阀控缸或阀控马达传递函数形式。 G=0 时， 2 2 1 4 2 1 q cet vL mmece m h hh K KV xsT DDK s ss ww 型：积分+振荡 6液压系统的固有频率及参数含义。 . .固有频率固有频率 如何提高液压固有频率？如何提高液压固有频率？ tt pe h MV A24 t te p ce h V M A K p q v A K K tt pe h MV A24 6 增大液压缸活塞面积 A减小总压缩容积 Vt，使阀靠近液压缸，最好装在一起；选择合适 执行元件：长行程输出力小时用液压马达，反之用液压缸。减小折算到活塞上的总质量 m。 提高油液的有效体积模量e，避免使用软管。 7. 液压系统的阻尼系数公式和阻尼特点。 阻尼特点阻尼特点：一般一般约为约为 0.10.10.20.2 8液压动力元件负载特性。 （1）惯性负载： 有有加速度和质量（角加速度和转动惯量）加速度和质量（角加速度和转动惯量）必然产生惯性负载必然产生惯性负载 （2）粘性摩擦负载：粘性摩擦力的大小与速度成正比粘性摩擦力的大小与速度成正比 （3）弹性负载： 弹性摩擦力的大小与位移成正比弹性摩擦力的大小与位移成正比 （4）冲击负载： 持续时间很短（毫秒级）的力持续时间很短（毫秒级）的力 （5）不平衡负载：回转零件结构不对称产生的力回转零件结构不对称产生的力 9. 液压动力元件负载匹配的两个基本原则。 液压缸的输出力 活塞运动速度： 第四章第四章 电液伺服阀电液伺服阀 1电液伺服阀组成、分类。 电-机械转换元件(力矩马达)液压放大元件 （1 1）按放大级数分类）按放大级数分类：单级、两级、三级 （2 2）按第一级结构分类）按第一级结构分类：滑阀、喷嘴挡板阀和射流管阀滑阀、喷嘴挡板阀和射流管阀 （3 3）按反馈形式分类）按反馈形式分类：无反馈对中弹簧式、力反馈式、位置反馈式、压力反馈式无反馈对中弹簧式、力反馈式、位置反馈式、压力反馈式 2. 单级、两级、三级电液伺服阀具体组成。 单级阀：单级阀：力矩马达力矩马达+ +滑阀滑阀 两级阀：两级阀：力矩马达力矩马达+ +喷嘴挡板阀喷嘴挡板阀+ +滑阀滑阀 力矩马达力矩马达+ +射流管阀射流管阀+ +滑阀滑阀 三级阀：三级阀：两级伺服阀两级伺服阀+ +带位置反馈传感器的滑阀带位置反馈传感器的滑阀 3力矩马达作用。电-机械转换元件 t te p ce h V M A K pL FA p L p Q v A 电气机械 转换器 液压放大 元件 反馈装置 电液伺服阀 电信号 力矩马达 液压 执行元件 电功率 放大器 7 4力反馈式和对中弹簧式电液伺服阀的区别。 力反馈式力反馈式：闭环闭环；对中弹簧式对中弹簧式：开环开环。 5力反馈两级电液伺服阀传递函数及其简化形式。 结论：结论： （1 1）通用传递函数由）通用传递函数由惯性惯性和和振荡振荡两个环节组成两个环节组成 （2 2）伺服阀频带受制于力矩马达）伺服阀频带受制于力矩马达 （3 3）在不同的情况下，有不同的简化形式）在不同的情况下，有不同的简化形式 6电液伺服阀静态特性和动态特性。 A A 电液伺服阀的静态性能主要包括：电液伺服阀的静态性能主要包括： 额定电流：额定电流：输入电液伺服阀力矩马达线圈的最大工作电流。输入电液伺服阀力矩马达线圈的最大工作电流。 额定流量：额定流量：额定电流下，电液伺服阀的输出空载流量。额定电流下，电液伺服阀的输出空载流量。 流量增益：流量增益：输出流量随输入电流的变化率（分零位、名义输出流量随输入电流的变化率（分零位、名义流量、饱和三个区） 。流量、饱和三个区） 。 非线性度：非线性度：名义流量曲线（滞环曲线的中点轨迹线）偏离其名义流量曲线（滞环曲线的中点轨迹线）偏离其拟合直线的最大电流偏差与额定电流拟合直线的最大电流偏差与额定电流 的比值。的比值。 不对称度：不对称度：两个极性上的名义流量增益的不一致性。两个极性上的名义流量增益的不一致性。 滞环：滞环：输入电流在正负额定电流间缓慢循环变化，产生相同输出的输入电流最大差值与额定电流输入电流在正负额定电流间缓慢循环变化，产生相同输出的输入电流最大差值与额定电流 的比值的比值(5%)(5%)。原因：磁滞和机械间隙原因：磁滞和机械间隙 零偏：零偏：使输出流量为零的输入电流与额定电流的比值使输出流量为零的输入电流与额定电流的比值(5%)(5%)。 分辨率：分辨率：使输出流量发生变化所需要的最小控制电流增量与使输出流量发生变化所需要的最小控制电流增量与额定电流的比值（额定电流的比值（1%1%） 。） 。 零漂：零漂：工作条件或环境变化而引起工作条件或环境变化而引起的零偏电流的变化量。的零偏电流的变化量。 压力增益：压力增益： 输出流量为零时， 负载压力对控制电流的变化率 （通常将负载压力限定在最大值的输出流量为零时， 负载压力对控制电流的变化率 （通常将负载压力限定在最大值的 40%40% 之内） 。之内） 。 内泄漏量：内泄漏量：输出流量为零时， 从回油口流出的流量，要求最大内泄漏量不超过额定流量的输出流量为零时， 从回油口流出的流量，要求最大内泄漏量不超过额定流量的 10%10%（评（评 价阀磨损程度）价阀磨损程度） 重复精度：重复精度：多次试验结果的最大差值。多次试验结果的最大差值。 B B 电液伺服阀的动电液伺服阀的动态性能主要包括态性能主要包括： 1 1 幅值比幅值比：在某一指定频率下输出流量与输入电流的幅值比，除以基准低频（在某一指定频率下输出流量与输入电流的幅值比，除以基准低频（5Hz）时输出流量）时输出流量 与输入电流的幅值比。通常取与输入电流的幅值比。通常取 20lg 值来衡量，单位为值来衡量，单位为 dB。 2 2 幅频宽（幅频宽（- -3d3db b） ： 幅值比为幅值比为- -3dB3dB 时的频率值。时的频率值。 3 3 相频差相频差 输入电流及输出流量做正弦变化时，输出与输入信号的相位差。输入电流及输出流量做正弦变化时，输出与输入信号的相位差。 4 4 相频宽（相频宽（- -9090 度）度） 输出流量与输入电流的输出流量与输入电流的相位滞后相位滞后 9090 o o时的频率值。 时的频率值。 5 5 幅值稳定裕量幅值稳定裕量 6 6 相位稳定裕量相位稳定裕量 2 2 2 11 vsv mf vfmfmf xK is ss K 8 7. 电液伺服阀静态特性试验项目、动态特性试验项目。 A A 静态特性试验项目静态特性试验项目 空载流量特性空载流量特性 分辨率试验分辨率试验 负载流量特性负载流量特性 压力增益特性压力增益特性 内部泄漏特性内部泄漏特性 B B 动态特性试验项目动态特性试验项目 动态流量测量、无载油缸的设计动态流量测量、无载油缸的设计 低增益位置闭环低增益位置闭环 正弦扫描信号正弦扫描信号 测试数据采集和处理测试数据采集和处理 8电液伺服阀稳定裕量含义。 在在开环开环伯德图伯德图上上相位相位滞后滞后 180180处处的的振幅比振幅比为为稳定裕量稳定裕量，一般要求一般要求6612dB12dB。 第五章第五章 校正元件校正元件 1液压校正元件种类。 储能元件储能元件、放大元件放大元件、液压耗能元件液压耗能元件 按校正环节所处位置：串联校正、反馈校正（并联校正） ； 校正环节对系统相位作用：超前校正、滞后校正、超前滞后校正 2. 液压校正方法作用。 增加低频增益以提高精度，增加阻尼系数以压低谐振峰值而提高稳定性和系统频宽。增加低频增益以提高精度，增加阻尼系数以压低谐振峰值而提高稳定性和系统频宽。 3. 超前、滞后或其它校正网络传递函数推到。 液压超前校正液压超前校正 力平衡方程 其传递函数为： 液压滞后校正液压滞后校正： 力平衡方程 其传递函数为： 4. 静压反馈校正和动压反馈校正区别。 () io o dxdx kxB dtdt 1 o i xBsTs xBskTs k B T () o io dx k xxB dt 1 1 o i xk xBskTs k B T t te p ce h V M A K 9 加大漏损和降低刚度可以增加阻尼，但漏损大又会增大能耗。为此通过加入压力反馈校正，在不增大漏损 的情况下，牺牲刚度而提高阻尼。这就是静压反馈校正。 在系统中加入静压反馈后，稳定性改善但刚度下降。稳定性是动态指标，刚度是稳态指标。为此，将静压 反馈改为动压反馈，即将压力的变化率反馈回去。瞬态时压力变换，反馈作用大。稳态时变化率为零，没 有反馈。可以提高动态的的稳定性，又不降低稳态时的刚度。这就是动压反馈校正。 第六章第六章 机液伺服系统机液伺服系统 1机液伺服系统组成。 液压动力液压动力元件元件（液压放大液压放大元件元件+ +液压液压执行执行元件元件）+ +反馈反馈装置装置（机械元件机械元件）