液压控制系统

开环液压控制和闭环液压控制是液压控制的两类基本控制方式

其中，液压闭环控制系统常常有多种分类方法。

1）按照控制系统完成的任务分类

按照控制系统完成的任务类型，液压控制系统可以分为液压伺服控制系统（简称，液压伺服系统）和液压调节控制系统。

2）按照控制系统各组成元件的线性情况分类

按照控制系统是否包含非线性组成元件，液压控制系统可以分为线性系统和非线性系统。

3）按照控制系统各组成元件中控制信号的连续情况分类

按照控制系统中控制信号是否均为连续信号，液压控制系统可以分为连续系统和离散系统。

4）按照被控物理量分类

按照被控物理量不同，液压反馈控制系统可以分为位置控制系统、速度控制系统、力控制系统和其他物理量控制系统。

5）按照液压控制元件或控制方式分类

按照液压控制元件类型或控制方式不同，液压反馈控制系统可以分为阀控系统（节流控制方式）和泵控系统（容积控制方式）。进一步按照液压执行元件分类，阀控系统可分为阀控液压缸系统和阀控液压马达系统；泵控系统可分为泵控液压缸系统和泵控液压马达系统。

6）按照信号传递介质分类

按照控制信号传递介质不同，液压控制系统可分为机械液压控制系统（简称，机液伺服系统或机液伺服机构）、电气液压控制系统等。

以WLYl00型液压挖掘机的液压系统为例，对其可能产生噪声的原因、排除方法介绍如下。

1．柱塞泵或马达的噪声

(1)吸空现象是造成液压泵噪声过高的主要原因之一。当油液中混入空气后，易在其高压区形成气穴现象，并以压力波的形式传播，造成油液振荡，导致系统产生气蚀噪声。其主要原因有：

①液压泵的滤油器、进油管堵塞或油液粘度过高，均可造成泵进油口处真空度过高，使空气渗入。

②液压泵、先导泵轴端油封损坏，或进油管密封不良，造成空气进入。

②油箱油位过低，使液压泵进油管直接吸空。

当液压泵工作中出现较高噪声时，应首先对上述部位进行检查，发现问题及时处理。

(2)液压泵内部元件过度磨损，如柱塞泵的缸体与配流盘、柱塞与柱塞孔等配合件的磨损、拉伤，使液压泵内泄漏严重，当液压泵输出高压、小流量油液时将产生流量脉动，引发较高噪声。此时可适当加大先导系统变量机构的偏角，以改善内泄漏对泵输出流量的影响。液压泵的伺服阀阀芯、控制流量的活塞也会因局部磨损、拉伤，使活塞在移动过程中脉动，造成液压泵输出流量和压力的波动，从而在泵出口处产生较大振动和噪声。此时可对磨损、拉伤严重的元件进行刷镀研配或更换处理。

(3)液压泵配流盘也是易引发噪声的重要元件之一。配流盘在使用中因表面磨损或油泥沉积在卸荷槽开启处，都会使卸荷槽变短而改变卸荷位置，产生困油现象，继而引发较高噪声。在正常修配过程中，经平磨修复的配流盘也会出现卸荷槽变短的后果，此时如不及时将其适当修长，也将产生较大噪声。在装配过程中，配流盘的大卸荷槽一定要装在泵的高压腔，并且其尖角方向与缸体的旋向须相对，否则也将给系统带来较大噪声。

2．溢流阀的噪声

溢流阀易产生高频噪声，主要是先导阀性能不稳定所致，即为先导阀前腔压力高频振荡引起空气振动而产生的噪声。其主要原因有：

(1)油液中混入空气，在先导阀前腔内形成气穴现象而引发高频噪声。此时，应及时排尽空气并防止外界空气重新进入。

(2)针阀在使用过程中因频繁开启而过度磨损，使针阀锥面与阀座不能密合，造成先导流量不稳定、产生压力波动而引发噪声，此时应及时修理或更换。

(3)先导阀因弹簧疲劳变形造成其调压功能不稳定，使得压力波动大而引发噪声，此时应更换弹簧。

3．液压缸的噪声

(1)油液中混有空气或液压缸中空气未完全排尽，在高压作用下产生气穴现象而引发较大噪声。此时，须及时排尽空气。

(2)缸头油封过紧或活塞杆弯曲，在运动过程中也会因别劲而产生噪声。此时，须及时更换油封或校直活塞杆。

4．管路噪声

管路死弯过多或固定卡子松脱也能产生振动和噪声。因此，在管路布置上应尽量避免死弯，对松脱的卡子须及时拧紧。

液压伺服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。在这种系统中，输出量(位移、速度、力等)能够自动地、快速而准确地复现输入量的变化规律。与此同时，还对输入信号进行功率放大，因此也是一个功率放大装置。

液压泵是系统的能源，它以恒定的压力向系统供油，供油压力由溢流阀调定。液压动力元件由四边滑阀和液压缸组成。滑阀是转换放大元件，它将输入的机械信号(阀芯位移)转换成液压信号(流量、压力)输出，并加以功率放大。液压缸是执行元件，输入是压力油的流量，输出是运动速度(或位移)。滑阀阀体与液压缸缸体刚性连结在一起，构成反馈回路。因此，这是个闭环控制系统。

1、可以在运行过程中实现大范围的无级调速。

2、在同等输出功率下，液压传动装置的体积小、重量轻、运动惯量小、动态性能好。

3、采用液压传动可实现无间隙传动，运动平稳。

4、便于实现自动工作循环和自动过载保护。

5、由于一般采用油作为传动介质，因此液压元件有自我润滑作用，有较长的使用寿命。

6、液压元件都是标准化、系列化的产品，便于设计、制造和推广应用。

1、损失大、效率低、发热大。

2、不能得到定比传动。

3、当采用油作为传动介质时还需要注意防火问题。

4、液压元件加工精度要求高，造价高。

5、液压系统的故障比较难查找，对操作人员的技术水平要求高。

第一次世界大战后，液压控制技术开始应用于海军舰艇，到二次大战后已广泛的应用到陆海空各个领域， 由于航空航天技术的发展，特别要求有高精度高响应的液压伺服系统。不久，在军工产品上首先发展起来的液压控制系统就被推广应用到各个工业生产部门。 大多数飞机的控制与操纵系统都采用液压系统。在导弹方面，除小型的空—空、地—空导弹及近距离的反坦克导弹等由于其本身重量轻、制导功率小，有不少采用气压控制外，中程、远程的导弹几乎全部用液压控制。在地面武器方面，早在二次大战前高射武器上就有采用液压伺服系统的，现在坦克火炮的稳定装置，重型车量的转向装置，雷达天线的搜索跟踪系统等也都采用了液压控制。在民用工业方面，机械制造业的自动化机床、加工中心，机械手、机器人，冶金工业的轧机，工程机械，化工机械以及其它各个工业部门都已大量应用液压控制。由于各行各业的自动化程度愈来愈高，机器设备的运转速度及功率也愈来愈大，所以液压控制技术也应用得愈来愈广泛 。

第1章液压控制系统概论1

11液压控制系统的原理与组成1

111液压控制系统的原理1

112液压控制系统的组成3

12液压控制系统的类型及适用场合4

121位置控制、速度控制及加速度控制和力及压力控制系统4

122闭环控制系统和开环控制系统4

123阀控系统和泵控系统5

124机械液压控制系统、电气液压控制系统和气动液压控制系统5

125连续量控制系统和离散量控制系统7

126时变系统与时不变系统8

127直线运动控制系统和回转运动控制系统8

13液压控制系统的优缺点8

131液压控制系统的优点8

132液压控制系统的缺点9

14液压控制技术的应用10

15液压控制技术的发展概况11

151液压控制技术的历史进展与趋势11

152我国液压传动与控制技术的发展及现状12

第2章液压控制基础知识15

21反馈控制系统的基本概念15

211定义15

212组成15

213基本要求16

22数学模型16

221微分方程及数学模型的线性化16

222拉氏变换及传递函数18

2221拉氏变换的定义18

2222传递函数19

223方块图及其等效变换20

224典型环节的数学模型21

2241比例放大环节21

2242积分环节22

2243一阶惯性环节22

2244微分环节22

2245振荡环节23

23时域瞬态响应24

231时域响应及典型输入信号24

2311时域响应24

2312典型输入信号24

232典型环节的瞬态响应24

2321一阶惯性环节的瞬态响应26

2322振荡环节的瞬态响应27

233控制系统时域性能指标27

24控制系统的频率特性28

241定义28

242频率特性的几何表示法——极坐标图、对数频率特性图和对数幅相频率特性图29

2421极坐标图（乃氏图）29

2422对数频率特性图（波德图）29

2423对数幅相特性图（尼氏图）32

243控制系统的闭环频率响应及性能指标33

2431由开环频率特性估计闭环频率特性33

2432系统的频域指标（见图220）35

25控制系统的稳定性分析35

251定义及稳定性充要条件35

252稳定性判据36

253控制系统的相对稳定性（稳定性裕量）37

26控制系统的误差分析计算38

261基本概念38

2611误差、偏差及其关系38

2612误差传递函数及稳态误差计算方法39

262系统类型及稳态误差计算39

2621系统类型39

2622稳态误差计算39

27控制系统的校正40

271系统性能指标与系统校正概述40

272常用校正装置及其选用原则40

2721串联校正装置40

2722并联校正（反馈校正）42

2723校正方式的选用原则43

273用希望对数频率特性法确定校正装置43

2731方法要点43

2732希望特性的绘制43

28线性离散控制系统简介44

281定义与特点44

282信号的采样过程及采样定理45

283采样信号的复现与零阶保持器46

284z变换和脉冲传递函数48

2841z变换与z反变换48

2842脉冲传递函数（Z传递函数）51

285离散系统的性能分析53

2851稳定性分析53

2852动态性能（过渡过程）分析54

2853稳态误差分析56

286离散系统的设计校正57

29现代控制理论简介58

291状态空间方程及其解58

292能控性和能观性60

2921状态空间的非奇异变换60

2922能控性和能观性61

2923卡尔曼结构原理62

293系统稳定性分析62

294系统综合及最优控制63

2941系统综合63

2942单输入系统的闭环极点配置63

2943静态特性64

2944状态观测器及其反馈系统64

2945最优控制65

第3章电液控制阀67

31电液伺服阀67

311功用及特点67

312组成68

3121电气机械转换器68

3122液压放大器69

3123检测反馈机构72

313电液伺服阀的分类72

314典型结构与工作原理72

3141动圈式力马达型单级电液伺服阀72

3142喷嘴挡板式力反馈型两级电液伺服阀73

3143动圈滑阀式力马达型两级电液伺服阀75

315主要特性及性能参数76

3151静态特性76

3152动态特性80

316应用场合82

317国内外电液伺服阀产品简介82

3171国内产品82

3172国外产品87

32电液比例控制阀93

321功用与特点93

322组成93

3221比例电磁铁93

3222液压放大器及检测反馈机构96

323分类97

324典型结构与工作原理97

3241电液比例压力阀98

3242电液比例流量阀99

3243电液比例方向阀100

325主要特性及性能参数101

3251静态特性101

3252动态特性102

326电液比例阀的典型产品103

3261国内电液比例阀产品概览103

3262部分产品的技术性能104

3263引进力士乐技术系列电液比例阀107

3264油研E系列电液比例阀107

33电液数字控制阀117

331功用、特点及分类117

332基本工作原理117

3321增量式电液数字阀117

3322高速开关式数字阀118

333典型结构及工作原理119

3331增量式数字阀119

3332高速开关式数字阀121

334技术性能121

3341静态特性122

3342动态特性122

335典型产品123

第4章液压控制系统基本功能回路127

41伺服控制机构及回路127

411机液伺服控制机构127

4111阀控缸机液伺服机构127

4112阀控马达机液伺服机构128

4113常用机液伺服控制机构128

412电液伺服控制回路130

4121电液位置伺服回路130

4122电液速度伺服回路131

4123电液力(压力)伺服回路134

4124电液伺服同步回路134

42电液比例控制机构及回路135

421电液比例压力控制回路135

4211比例调压回路135

4212比例减压回路136

4213应用回路136

422电液比例速度控制回路139

4221比例节流调速回路139

4222比例容积调速回路140

4223比例容积节流调速回路141

4224应用回路141

423比例方向速度控制回路143

4231对称执行器的比例方向速度控制回路143

4232非对称执行器的比例方向速度控制回路144

4233比例差动控制回路145

424比例方向阀节流压力补偿回路146

4241比例方向阀的进口节流压力补偿回路146

4242比例方向阀的出口节流压力补偿控制回路149

4243采用插装元件的压力补偿控制回路149

425电液比例方向阀的应用回路152

4251平衡回路152

4252步进链式运输机(热轧钢卷用)的速度、加(减)速度控制回路153

4253焊接自动线提升装置的电液比例控制回路154

4254无缝钢管主产线穿孔机芯棒送入机构的电液比例控制回路154

4255步进式加热炉提升机构及前进机构的电液比例控制回路154

4256撒盐车电液控制回路156

4257节流控制式比例同步控制回路156

426电液比例压力/速度控制回路(节能回路)157

4261比例压力/流量复合阀调压调速回路157

4262比例压力/流量调节型变量泵回路157

427电液比例控制典型应用回路158

第5章液压控制系统应用实例分析162

51液压控制系统应用实例分析的意义162

52液压伺服控制系统162

521复杂圆柱曲面石材加工机的机液仿形控制系统162

5211主机功能结构162

5212机液仿形控制系统工作原理163

5213技术特点164

522汽车悬架减振器性能试验台的电液伺服控制系统164

5221主机功能结构164

5222电液伺服控制系统与微机测控系统及工作原理164

5223技术特点165

523电站锅炉蛇形管弯管机液压传动及控制系统165

5231主机功能结构165

5232液压传动及控制系统工作原理165

5233技术特点及参数167

524高压输电线间隔棒振摆试验电液伺服系统168

5241系统功能结构168

5242电液伺服系统的工作原理168

5243技术特点及参数169

525石棉水泥管卷压成型机的电液控制系统169

5251主机功能结构169

5252电液控制系统的工作原理170

5253技术特点及参数172

526中空挤坯吹塑挤出机型坯壁厚电液伺服控制系统173

5261功能结构173

5262型坯壁厚电液伺服系统的工作原理173

5263技术特点174

527四辊轧机液压压下装置的电液伺服系统175

5271主机功能结构175

5272电液伺服控制系统工作原理176

5273技术特点及参数177

5274使用要点177

528铝箔轧机电液伺服系统177

5281主机功能结构177

5282电液伺服控制系统的工作原理178

5283技术特点及参数180

529带材纠偏控制装置的电液伺服控制系统180

5291主机功能结构180

5292电液控制系统工作原理181

5293技术要点及参数182

5210电液伺服水槽不规则波造波机系统182

52101主机功能结构182

52102机械液压系统原理183

52103技术特点及参数184

5211PASBAN炮塔电液伺服控制系统184

52111主机功能结构184

52112电液伺服控制系统工作原理185

52113技术特点及参数186

5212地空导弹发射装置液压控制系统187

52121主机功能结构187

52122液压系统及其工作原理187

52123技术特点及参数189

53电液比例控制系统190

531平面磨床电液比例调速系统190

5311主机功能结构190

5312电液比例调速系统的工作原理190

5313计算机测控操纵系统191

5314技术特点及参数192

532电液比例控制塑料注射机系统192

5321主机功能结构192

5322电液比例控制系统的工作原理192

5323技术特点及参数194

533金刚石工具热压烧结机的电液比例加载系统194

5331主机功能结构194

5332电液比例加载系统的工作原理195

5333技术特点196

534沥青道路修补车电液比例系统197

5341主机功能结构197

5342电液比例控制液压系统的工作原理197

5343技术特点198

535波浪补偿起重机电液比例控制系统199

5351主机功能结构199

5352电液比例控制系统的工作原理199

5353波浪补偿闭环控制200

5354技术特点201

536林木球果采集机器人电液比例控制系统201

5361主机功能结构201

5362电液比例控制系统的工作原理201

5363计算机数字程序控制系统202

5364技术特点202

537电冰箱内胆四工位热成型机电液比例控制系统203

5371主机功能结构203

5372电液比例控制系统工作原理203

5373技术特点及参数204

538自动卷染机的电液比例控制系统205

5381主机功能结构205

5382电液比例控制系统的工作原理205

5383技术特点206

539飞机起落架收放液压试验车电液控制系统206

5391主机功能结构206

5392液压系统工作原理206

5393电控系统及其原理208

5394技术特点及参数208

5310深潜救生艇对接机械手的电液比例伺服控制液压系统209

53101主机功能结构209

53102电液比例伺服控制系统的工作原理209

53103技术特点210

5311船舰模拟平台电液比例闭环控制系统210

53111主机功能结构210

53112液压系统的工作原理211

53113电控系统的控制原理212

53114技术特点及参数212

5312双缸直顶式液压电梯的两种电液比例系统213

53121主机功能结构213

53122两种电液比例系统及其工作原理213

53123进油路节流调速液压系统的计算机控制215

5313试验机电液比例加载测控系统215

53131主机功能结构215

53132电液比例加载系统的工作原理215

53133微机测控系统216

53134技术特点及参数217

5314大型剧院三块双层升降舞台电液比例同步控制系统217

53141舞台功能结构217

53142液压系统的工作原理218

53143下层台同步控制219

53144技术特点及参数220

54电液数字控制系统220

541造纸磨浆机电液数字控制系统220

5411主机功能结构220

5412电液数字控制系统工作原理220

5413技术特点及参数221

542压铸机电液数字控制系统221

543磨床工作台的电液数字控制系统222

544大惯量工作台驱动系统223

545变量柱塞泵斜盘位置控制系统223

546数字阀控制飞行器系统223

第6章液压控制系统的设计流程225

61液压伺服控制系统的设计225

611明确设计要求225

612拟定控制方案，画出系统原理图226

613静态设计228

6131供油压力ps的选择228

6132液压执行器主要规格尺寸和伺服阀空载流量的确定228

6133伺服阀（或变量泵）规格的确定233

6134执行器选择及设计235

6135传动比i的确定235

6136反馈传感器、放大器等其他元件的选择236

614动态设计238

6141系统方块图与开环传递函数238

6142绘制对数频率特性曲线（波德图），由稳定性确定系统开环增益247

6143系统快速性（闭环参数）计算249

6144系统的准确性（稳态误差）计算250

615检验系统静、动态品质，需要时对系统进行校正252

6151良好伺服系统的开环波德图252

6152校正装置的选择与设计252

616选择液压能源254

617绘制正式工作图，编制技术文件254

618机液伺服系统的设计特点256

6181机液伺服系统的组成与分析256

6182机液伺服系统的设计特点及注意事项257

62电液比例控制系统的设计特点258

621开环电液比例控制系统的设计特点及注意事项259

622闭环电液比例系统的设计特点及注意事项259

623比例阀的选型原则261

63电液数字控制系统的设计263

631增量式电液数字阀控制系统263

6311开环控制263

6312闭环控制264

632脉宽调制(PWM)式电液数字控制系统264

第7章液压控制系统设计计算示例266

71电液伺服系统设计计算示例266

711带钢跑偏光电液伺服控制系统266

7111主机功用与控制系统设计要求266

7112论证和拟定控制方案，组成控制系统原理图266

7113静态设计（确定液压动力元件参数，选择系统的组成元件）268

7114动态设计270

712数控机床工作台电液位置伺服控制系统273

7121设计要求及给定参数273

7122确定系统方案，组成控制系统原理图274

7123静态设计（确定液压动力元件参数，选择系统组成元件）274

7124动态设计275

713轧机液压位置伺服系统（APC）的工作参数计算279

7131功能及设计要求279

7132控制模式280

7133压下缸参数的确定与计算280

7134伺服阀参数的确定281

714电液速度控制系统的设计计算282

7141根据设计要求，拟定控制方案282

7142静态设计282

7143动态设计283

715机床工作台电液速度控制系统的校正计算285

7151系统原理图及其开环波德图285

7152系统校正计算286

716工件疲劳试验机电液力伺服控制系统286

7161控制方案的确定287

7162静态设计（确定液压动力元件参数，选择系统的组成元件）287

7163动态设计288

72电液比例控制系统设计计算示例291

721阀控缸开环速度控制系统设计291

7211设计要求及给定参数291

7212拟定控制方案291

7213负载分析计算291

7214选择比例阀机能及阀控缸配用形式292

7215确定系统供油压力ps，确定液压缸工作面积和结构尺寸292

7216比例方向阀通径的选择293

7217系统加减速时间的选择294

722闭环控制系统比例阀的选型计算295

第8章液压控制系统设计使用中的若干专门问题296

81控制放大器296

811功用与要求296

812类型与选用296

813典型构成与工作原理297

814控制放大器示例306

815控制放大器的选用与设计309

82伺服液压缸的选择与设计310

821功能、典型结构与分类310

822设计步骤及内容311

8221明确设计要求311

8222反馈传感器的选定311

8223伺服液压缸活塞有效面积及主要结构尺寸的确定311

8224伺服阀的选定313

8225结构形式的确定313

8226零部件强度的设计计算314

8227密封装置的设计314

8228放气装置和防护装置的设计314

8229绘制正式工作图，编制设计资料314

823伺服液压缸典型产品314

83液压站的设计319

831概述319

832液压装置的结构类型及其适用场合319

8321分散配置型液压装置319

8322集中配置型液压装置319

833液压站的设计要点320

84电气控制装置的设计322

841常规控制电路设计322

842计算机控制系统设计简介323

8421计算机控制系统的分类323

8422计算机控制系统的组成323

8423计算机控制系统的设计324

8424采样周期的选择327

85计算机数字仿真技术327

851仿真技术简介327

852仿真软件的编制和选择328

853MATLAB及其应用329

86污染控制337

861污染物的形态和来源337

862油液污染对液压系统的危害337

863油液污染度的测定和污染度等级338

864污染控制措施339

87安装调试与使用维护342

871液压控制系统的安装342

872液压控制系统的调试344

873液压控制系统的使用维护345

第9章常用公式及标准资料349

91液压技术常用物理量及其换算（表91）349

92常用计算公式350

921液压流体力学计算公式350

9211液压工作介质的主要物理性质350

9212液体静力学计算公式351

9213液体动力学计算公式351

9214管道系统压力损失计算公式352

9215常见孔口流量计算公式（表914）356

9216液压系统发热与散热计算357

9217液压冲击计算359

922液压元件常用计算公式（表920）360

93液压伺服阀安装面及液压系统通用条件360

931四油口和五油口液压伺服阀安装面（GB 17487—1998摘录）360

9311范围360

9312符号360

9313公差360

9314尺寸362

9315定位销363

932液压系统通用技术条件(GB/T 3766—2001)（摘要）363

9321范围363

9322定义364

9323要求364

9324系统设计366

9325能量转换元件368

9326液压阀371

9327液压油液和调节元件372

9328管路系统376

9329控制系统377

93210诊断和监控*379

93211清理和涂漆380

93212运输准备380

93213试运行380

93214标注说明(引用本标准时)381

参考文献382 2100433B

《液压控制系统及设计》主要包括液压控制系统概论、液压控制基础知识、电液控制阀、液压控制系统基本功能回路、液压控制系统应用实例分析、液压控制系统设计流程、液压控制系统设计示例、液压控制系统设计中的若干专门问题、常用公式及标准资料等。《液压控制系统及设计》立足于工程设计及随甩实际，按照“基础知识-基本功能回路-系统实例-系统设计-专题”的体系结构进行叙述。在突出基本内容基础上，特别注意反映液压控制系统应用、分析及设计方法上的新发展和新成就。《液压控制系统及设计》可读性与可查性并重，书中论述性内容有助于读者了解、掌握、利用液压控制技术的基本理论、分析设计方法及新动向和新成果，提高液压控制系统的设计使用水平与分析解决问题的能力；书中利用有限篇幅介绍了较多的液压控制回路和系统实例，以展现不同行业液压控制系统的设计及应用特点，有助于各类行业读者群从中汲取经验与方法，解决液压控制系统设计、使用工作中的各类问题；书中介绍的国内外电液伺服阀、比例阀、数字阀及伺服液压缸等产品与常用公式及标准资料，可供读者在设计工作中直接参考引用。