数控液压控制原理

数控液压控制原理第1页，课件共89页，创作于2023年2月本章参考书目：液压控制系统（孙文质）液压阀与液压控制系统液压与气压传动2第2页，课件共89页，创作于2023年2月一、采用电压比较的液压工作台位置控制系统传感器1被控对象传感器2比较元件执行元件放大元件指令元件4.1控制系统的构成原理3第3页，课件共89页，创作于2023年2月电压比较KaKaUi-UPDUKa比较元件4第4页，课件共89页，创作于2023年2月控制框图控制系统组成：被控对象指令元件比较元件指令传感器反馈传感器动力元件（阀、缸）扰动指令电位器反馈电位器伺服阀液压能源I液压缸电放大KaIUiE-电压比较UPKa被控工作台XP工作台指令Xi液压动力元件放大元件5第5页，课件共89页，创作于2023年2月二、采用电压比较的电动工作台位置控制系统传感器1被控对象传感器2比较元件执行元件放大元件指令元件6第6页，课件共89页，创作于2023年2月电动力元件控制框图扰动指令电位器反馈电位器可控硅电源I电放大KaEUiE-电压比较UPKa被控工作台XP工作台指令Xi电机控制系统组成：被控对象指令元件比较元件指令传感器反馈传感器动力元件（阀、缸）将液压动力元件（伺服阀、缸）换成电动力元件（可控硅与电动机）7第7页，课件共89页，创作于2023年2月三、采用力比较的液压工作台位置控制系统指令传感器K1反馈传感器K2F1F2F1=Xi*K1F2=Xp*K28第8页，课件共89页，创作于2023年2月比较元件1K1+K2力比较XiK1指令传感器K2反馈传感器xvDFF1F1-F2F2伺服阀XP9第9页，课件共89页，创作于2023年2月液压动力元件控制框图

采用力比较方式，用弹簧作为位移-力传感器，以阀芯作为力比较元件。扰动液压缸1K1+K2DF-力比较Ka被控工作台XP工作台指令XiF1F1F2F2指令传感器K1指令传感器反馈传感器K2反馈传感器伺服阀液压能源xv10第10页，课件共89页，创作于2023年2月四、采用直接位置比较的液压工作台位置控制系统指令元件与阀芯相连受控对象与阀套相连Xi=X芯Xp=X套11第11页，课件共89页，创作于2023年2月阀芯与阀套阀芯阀套直接位置比较Xv-位置比较XiX芯X套1指令与阀连1对象与阀套连伺服阀XP12第12页，课件共89页，创作于2023年2月阀芯与阀套控制框图

采用力比较方式，用弹簧作为位移-力传感器，以阀芯作为力比较元件。扰动液压缸Xv-位置比较Ka被控工作台XP工作台指令XiX芯X套1指令传感器1反馈传感器伺服阀13第13页，课件共89页，创作于2023年2月XPXi升力阻力五、飞机舵机液控制系统pS飞机舵机指令位移比较杠杆舵机位移XPXV14第14页，课件共89页，创作于2023年2月-杠杆比较XP手XiXVXPXi舵机位移XV手动XV=X1-X2L2L1+

L2X1指令L1L2Xi舵机位移-X2L1L2XPL1L1+

L2X1X215第15页，课件共89页，创作于2023年2月液压动力元件控制框图扰动液压缸-杠杆比较飞机舵机XP指令XiXV伺服阀液压能源XPXipS飞机舵机比较杠杆舵机位移XV1212手动16第16页，课件共89页，创作于2023年2月放大元件输出y2开环控制部分负反馈部分电液位置控制系统原理图六、电液仿形控制系统被控对象指令元件测量传感器2测量传感器1输入y1psp0p1p2Aqq

x

力矩马达恒压力油源比较元件与调节器U1U2I17第17页，课件共89页，创作于2023年2月开环控制（放大）部分电液仿形控制框图液压缸及负载闭环控制系统由开环控制（动力）和负反馈装置两部分组成；负反馈装置由比较元件、测量反馈元件、调节器构成；开环控制部分由放大元件（电液伺服阀）、能量转换元件（缸）、负载构成；

指令元件通过闭环系统控制被控对象，使被控位移y2跟踪指令位移y1。放大器被控制对象传感2（物理量转换）y1EU2-y2双传感器电液控制系统原理框图扰动比较指令元件

其余部分为负反馈装置电液伺服阀液压能源（伺放）传感1U1I18第18页，课件共89页，创作于2023年2月阀类液压放大元件的分类:单阀口放大元件——用于溢流阀等普通液压元件的控制；半桥三通式放大元件——多用于比例或先导（单作用缸）控制；全桥四通式放大元件——多用于伺服（双作用缸）控制。滑阀——阀芯为多端圆柱体，阀芯相对阀体作轴向运动；锥阀——阀芯为锥柱体，阀芯相对阀体作轴向运动；喷嘴挡板阀——挡板相对喷嘴移动。1.按桥路分类:2.按阀芯结构:

液压放大元件是将输入信号（位移）转换成液压流量（压力）输出的元件。4.2液压放大元件的概念伺服阀内含液压放大元件19第19页，课件共89页，创作于2023年2月一、串联式单阀口放大元件

油源压力阀口面积负载压力负载流量阀？PL20第20页，课件共89页，创作于2023年2月溢流式调节一、并联式单阀口放大元件

阀？PL第21页，课件共89页，创作于2023年2月B半桥B半桥面积为A0面积为A0/2均带一个固定节流孔二、半桥式22第22页，课件共89页，创作于2023年2月B半桥A+A全桥A半桥B+B全桥固定节滚孔三、全桥式23第23页，课件共89页，创作于2023年2月固定节滚孔B+B全桥进油口回油口进油口工作油口工作油口24第24页，课件共89页，创作于2023年2月四、液压放大器的描述

油源压力阀口面积式中:阀口通流面积，W为面积梯度；阀口前、后压差。负载压力负载流量阀？PL25第25页，课件共89页，创作于2023年2月式中:（2）放大器的流量线性化阀？PLKqKc26第26页，课件共89页，创作于2023年2月KqKcKqKc等价动态物理模型动态数学模型（2）放大器的流量线性化阀？PL27第27页，课件共89页，创作于2023年2月B+B全桥固定节流孔进油口回油口工作油口工作油口28第28页，课件共89页，创作于2023年2月4.3广义复阻抗分析法29第29页，课件共89页，创作于2023年2月

一个液压控制系统常常由电回路、机械回路和液压回路耦合而成。

“广义复阻抗分析法”主要研究机、电、液耦合系统。

不同能量属性的电气系统、机械系统、液压系统，只要其数学模型，也就是运动微分方程相同，则可认为是相似系统，可以用与相似系统来替代原系统进行动态分析。我们定义一种广义的电回路（简称广义回路）：该回路的形式与运算法则与电回路完全相同，回路中的元件称为广义元件，其符号与电元件相似。将液压、机械元件先用相应的广义元件替代，再将机械、液压回路用相应的广义回路替代，通过复阻抗的分析方法来建立数学模型。（一）、基本概念30第30页，课件共89页，创作于2023年2月系统的动态微分方程由能量变化所决定。为了广义回路代换机、电、液各回路后保证它们的微分方程不变，必须使代换前后它们的能量关系不变，即：

功率=广义电流×广义电压只要把电压U、压力p和力F看成是一种广义电压，而把电流I、流量Q和速度V看成是一种广义电流，那么机、液、电系统均可转换成广义系统，且保证代换前后的数学微分方程不变。31第31页，课件共89页，创作于2023年2月（二）、广义复阻抗元件

电路的三种基本元件：电阻、电容、电感。电阻为耗能量元件；电容为储存电势能的元件；电感为储存电动能的元件。

液压回路中的三种基本元件：节流孔口、容积、流体质量节流孔口（液阻）为耗能元件，为广义电阻；工作容积、蓄能器（液容）储存液压势能，为广义电容；

管道中的流体质量（液感）储存液体的动能，为广义电感。

机械回路中的三种基本元件：阻尼器、弹簧、惯性质量阻尼器为耗能元件，为广义电阻；机械弹簧储存机械势能，为广义电容；惯性质量储存机械动能，为广义电感。

广义复阻抗元件有：广义电阻、广义电容、广义电感32第32页，课件共89页，创作于2023年2月（三）、广义复阻抗阻抗类型因子:n=0比例阻抗（耗能）n=1微分阻抗（动能）n=-1积分阻抗（势能）33第33页，课件共89页，创作于2023年2月34第34页，课件共89页，创作于2023年2月

在电路中，由阻抗元件构成的“子系统1”与“子系统2”之间可用“变压器”联接成复杂系统，两子系统间通过“变压器”来交换能量。

所谓“理想变压器”，是指无功率损失，无漏感，可以变换直流电压，且：原边功率U1×I1=副边功率U2×I2理想变压器将电压升高N倍的同时，其电流也将降低N倍，结果两边功率不变。它仅仅是一种将原边能量变换到副边能量的转换元件。

变压器不能放大功率，它只能起到阻抗变换的作用。

（四）、能量耦合（换能）元件——广义变压器1、理想变压器的概念35第35页，课件共89页，创作于2023年2月2、能量耦合元件（广义变压器）的种类机—液耦合元件有：液压缸、液压马达、液压泵。液压缸为液P×Q——机F×V型换能元件；液压马达为液P×Q——机T×ω型换能元件；液压泵为机T×ω

——液P×Q型换能元件。机—电耦合元件有：直流伺服电机、力马达、力矩马达。

直流伺服电机为电V×I——机T×ω

型换能元件；力马达为电V×I——机F×V型换能元件；力矩马达为电V×I——机T×ω

型换能元件。机—机耦合元件有：齿轮、杠杆。齿轮为机T1×ω1——机T2×ω2型换能元件；杠杆为机F1×V1——机F2×V2型换能元件。能量耦合元件有：电—电耦合、机—液耦合、机—电耦合、机—机耦合电—电耦合元件有：变压器变压器为电U1×I1

——机U2×I2型换能元件36第36页，课件共89页，创作于2023年2月3、理想液压缸的动态模型理想油缸PQ=Av广义回路理想油缸数学模型37第37页，课件共89页，创作于2023年2月4、理想液压马达的动态模型理想油马达PQ=Tω广义回路理想油马达数学模型38第38页，课件共89页，创作于2023年2月5、实际液压缸的阻抗分离M液压阻抗+理想油缸+机械阻抗实际油缸理想油缸液压阻抗Z机机械阻抗39第39页，课件共89页，创作于2023年2月6、耦合系统的阻抗变换次边阻抗向原边转化原边阻抗向次边转化广义变压器=功率等值传递+阻抗变换40第40页，课件共89页，创作于2023年2月M液阻、液容均可等效成机械阻尼和弹簧液压阻抗等效成机械阻抗M广义变压器=功率等值传递+阻抗变换41第41页，课件共89页，创作于2023年2月广义变压器=功率等值传递+阻抗变换P105面42第42页，课件共89页，创作于2023年2月7、齿轮传动可等效为广义变压压器阻抗计算时，次边阻抗可向原边转化43第43页，课件共89页，创作于2023年2月（五）、机械阻抗的等效广义回路在机械广义回路中：力并联等于广义电压串联；44第44页，课件共89页，创作于2023年2月在机械广义回路中：串联机械网络等于并联广义回路。（五）、机械阻抗的等效广义回路45第45页，课件共89页，创作于2023年2月液压动力元件的型式主要有:四通阀控制缸——放大元件为四通阀，执行元件为对称缸；三通阀制控缸——放大元件为三通阀，执行元件为差动缸；四通阀制控马达——放大元件为四通阀，执行元件为马达；变量泵控制马达——放大元件为变量泵，执行元件为马达。

液压动力元件由放大元件和执行元件（缸、马达）构成。执行元件是将输入的液压功率转换成机械功率的机——液耦合（换能）元件，其模型类似于变压器。4.4液压动力元件的概念46第46页，课件共89页，创作于2023年2月控制输入控制输出第47页，课件共89页，创作于2023年2月控制输入控制输出阀缸阀不计泄漏和压缩时动力元件的方框图它是一个积分环节流量放大液压——机械能量转换第48页，课件共89页，创作于2023年2月KqKcKqKc等价动态物理模型动态数学模型基本方程1、放大器的线性化流量方程第49页，课件共89页，创作于2023年2月机械阻抗液压阻抗液压阻抗+理想油缸+机械阻抗实际油缸理想油缸实际液压缸的阻抗分离MM2、油缸的液压阻抗及流量连续性方程50第50页，课件共89页，创作于2023年2月方框图简化M理想油缸理想油缸51第51页，课件共89页，创作于2023年2月理想油缸理想油缸M机械阻抗缸液压阻抗放大元件MS52第52页，课件共89页，创作于2023年2月M惯性阻抗惯性阻抗弹性阻抗阻尼液压容积可等效为机械弹簧Kh53第53页，课件共89页，创作于2023年2月H54第54页，课件共89页，创作于2023年2月理想放大元件油缸与阀阻抗构成的振荡环节理想油缸速度增益（质量+液压弹簧+泄漏）振荡速度积分变位移55第55页，课件共89页，创作于2023年2月56第56页，课件共89页，创作于2023年2月控制传递函数57第57页，课件共89页，创作于2023年2月MM液阻、液容均可等效成机械阻尼和弹簧液压阻抗等效成机械阻抗这是一个弹簧质量振荡系统58第58页，课件共89页，创作于2023年2月4.5控制系统的动态分析59第59页，课件共89页，创作于2023年2月一、杠杆反馈的系统分析

第60页，课件共89页，创作于2023年2月-杠杆比较XP手XiX1X21、比较反馈原理X1指令baXi舵机位移-X2XPabXPXi舵机位移XV手动XV=X1-X261第61页，课件共89页，创作于2023年2月指令液压动力元件扰动液压缸飞机舵机XPXV伺服阀液压能源pS飞机舵机XV2、文字方框图XPXi比较杠杆舵机位移手动ab-杠杆比较Xi比较元件要求：1）与指令元件相连（手）2）与被控对象相连（舵机）3）与放大元件相连（阀芯）62第62页，课件共89页，创作于2023年2月指令液压动力元件扰动液压缸飞机舵机XPXV伺服阀液压能源-杠杆比较Xi动力元件-杠杆比较Xi3、方框图第63页，课件共89页，创作于2023年2月4、方框图简化动力元件-杠杆比较Xi开环传递函数第64页，课件共89页，创作于2023年2月开环传递函数开环传递函数5、传递函数第65页，课件共89页，创作于2023年2月6、波德图的画法第66页，课件共89页，创作于2023年2月4.1外反馈机液伺服系统

7、稳定性分析

幅值稳定性裕量

1第67页，课件共89页，创作于2023年2月开环传递函数第68页，课件共89页，创作于2023年2月1、采用直接位置比较的液压工作台位置控制系统指令元件与阀芯相连受控对象与阀套相连Xi=X芯Xp=X套二、直接反馈系统的分析

内反馈就是直接比较的位置反馈。69第69页，课件共89页，创作于2023年2月阀芯与阀套控制框图采用阀芯阀套直较方式扰动液压缸Xv-位置比较Ka被控工作台XP工作台指令XiX芯X套1指令传感器1反馈传感器伺服阀70第70页，课件共89页