液压控制系统试卷B2010答案.doc

南京工程学院 共 5 第1页试题评分标准及其参考答案(B)2010 /2011 学年 第 1 学期 课程所属部门：机械工程学院 课程名称： 液压控制系统 使 用 班 级： 流体071 制作人： 夏庆章 2010/12/28 班级 学号 姓名 题号一二三四五六七八九十总分得分一、基本概念题（本题共5小题,每小题4分,共计20分 ） 1、在V-F平面上绘出负载轨迹和动力机构输出特性，根据负载轨迹，只要使动力元件的输出持性曲线能够包围负载轨迹，同时使输出特性曲线与负载轨迹之间的区域尽量小，便认为液压动力元件与负载相匹配。调整参数，使得被动力机构曲线包围但不被负载轨迹包围那部分区域的面积减至最小，此为按照负载匹配要求的最佳匹配，此时动力机构最大功率点恰好与负载消耗的最大功率点重合。（4分） 2、例如在舵机舵面控制系统中机械输入量为杠杆上某点位移Xi，机械反馈量为舵机位移Xp，偏差量为阀芯位移Xv；当输入信号加在杠杆上以后，阀芯立刻移动而有阀开口，负载流量便流入液压缸而使得舵机立即运动，因为活塞杆与阀芯之间有杠杆连接，所以舵机运动又反过来影响阀芯运动，即形成负反馈。（4分）3、（4分） 4、稳态液动力是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，指向阀口关闭的方向，大小为： 负阻尼长度如图b示（4分） 5、液压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（闭环控制系统），实现被控制量按输入信号的给定规律变化的控制目的。而液压传动系统对被控制量不进行检测，没有反馈作用，当控制结果与希望值不一致时无修正能力，是开环控制系统。（4分）二、简答题：（本题共3小题，合计为5+5+5=15分）1、液压缸两个工作腔内充满高压液体并且被完全封闭，由于液体是可压缩性，当活塞受到外力作用位移，被压缩液体产生复位力与活塞位移成比例，因此被压缩液体的作用相当于一个线性液压弹簧，其刚度称为液压弹簧刚度。实际上虽然伺服阀与液压缸相连接，但是并不能将液压缸两个工作腔完全封闭，由于有阀系数Kc和泄漏作用，在稳态时液压弹簧并不存在。但是在动态时，在一定范围内泄漏来不及起作用，液压缸对外力的响应特性中表现出存在这样一个液压弹簧。所以，对于阀控制液压缸来说，液压弹簧刚度应当理解为“动态弹簧刚度”，而失去稳态弹簧刚度。（5分）2、射流管阀是根据压力能与速度能转换原理工作的，滑阀、喷嘴挡板阀是根据节流原理工作的（5分）3、影响液压阻尼比h因素很多，但除了Kce以外其他量已由别的因素确定，h值主要取决于Kce，在Kce中液压缸总泄漏系数Ctp又较阀压力-流量系数Kc小得多，h值主要由Kc决定。（5分）三、推导题：（本题共2小题，共15+10=25分）1、理想零开口四边滑阀静态特性方程推导如下。（15分） xv0时 xv0时 南京工程学院试卷 共 5 页 第 2 页南京工程学院试卷 共 5页 第 3页 零开口四边阀的阀系数 2、1）阀流量方程 2）马达流量方程 3）马达和负载力矩平衡法方程四、回答下列问题：(本题共2小题，共15分) 1、由电液速度控制系统方块图以及开环伯德图可见系统稳定裕量为负，是不稳定的，即使将系统开环增益Ko值调到很低，系统相位和福频裕量都趋于负值，使得系统不稳定，即使勉强维持稳定，系统也谈不上什么精度，所以为了使得系统有稳定裕度，必须加校正环节。实现校正的最简单办法是在伺服阀前的电子放大器电路中串连一个RC滞后网络。其传递函数Uo/Ui=1/(TcS+1),Tc=RC为时间常数。加滞后校正对系统稳态性能改善很显著，但是降低系统的带宽，使得响应速度变慢。采用RC滞后网络校正的系统仍然是零型有差系统。为了提高精度可采用积分放大器校正，使得系统变成型无差系统。（5分） 未校正的速度控制系统方块图（1分） 校正后的速度控制系统方块图（1分）南京工程学院试卷 共 5页 第 4页未校正的速度控制系统开环伯德图（2分）校正后的速度控制系统开环伯德图（1分）2、液压阻尼比h随着工况的改变会发生很大变化。零位区域时h0.10.2，当速度和负载较大时可使h大于1，其变化幅度达2030倍。为了使得伺服系统得到满意的瞬态响应特性，总是希望h大些而且恒定。提高液压阻尼比的简单方法有采用正开口阀，加大阀预开口量，提高零位阀系数Kco值，减少Kc变化范围，从而使得h值大，而变化范围小；采用旁路泄漏，在液压缸两个腔之间认为设置辅助泄漏通道，并且用可变节流阀调节阻尼，加大Ctc，提高Kce；增大负载的粘性阻尼，在负载结构上设置粘性阻尼器，增大Bp。（5分）五、分析计算题 (本题共2小题，共25分)1、(1) 阀的三个零位阀系数分别为Kqo=CdW(Ps/) =0.623.1412/1000(410/900) =1.557/s（1.5分）Kco=rcW/32=3.14512100/10321.4=6.60210m/pa.s（1.5分）Kpo=Kqo/Kco=1.557/6.60210pa /m（1.5分）(2) Kq=CdW(PsPL)/) =0.623.1412/10(42.6)10/900) =0.92/s（1.5分）Kc= CdWXv(PsPL)/) /2(PsPL)= QL/2(PsPL)=16/2(42.6)10=9.5210m/pa.s（1.5分） QL= CdWXv(PsPL)/) （1分）Kp=Kq/Kc=9.6610 pa /m（1.5分） -南京工程学院试卷 共 5 页 第 5页2、系统开环增益为Ko=0.0530601.2530.175=100 （1分） 即20LgKo=40dB（1分）系统开环伯德图如下 （3分） 从图中可见,系统稳定裕量为负，是不稳定的，即使将系统开环增益Ko值调到很低，系统相位和福频裕量都趋于负值，使得系统不稳定，即使勉强维持稳定，系统也谈不上什么精度，所以为了使得系统有稳定裕度，必须加校正环节。今在速度回路中，用运算放大器组成积分放大器代替原来放大器，积分放大器见图，其传递函数为Gc(s)=1/Ts,T=RC积分时间常数取T=20，所以Gc(s)=00.05/s, 校正后的速度控制系统方块图以及校正前后的速度控制系统开环伯德图。未校正时系穿越频率虽