机电液控制系统讲义

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1、第三章液压动力机构液压动力机构由液压控制元件、液压执行元件和负载构成，液压控制元件可以是液压控制阀、也可以是变量泵，执行机构有液压伺服缸，液压伺服马达。动力机构控制方式有两种，即1、泵控，又称为容积控制，它是通过改变泵的排量来控制输入执行机构的流量，控制执行机构运动速度。在泵控系统中，系统压力取决于负载。2、阀控，又成为节流控制，它是用伺服阀控制输入执行机构的流量，控制执行机构的运动速度。在阀控系统中，液压源通常是恒压源。3.1阀控液压缸如图3.1所示，阀控液压缸是由四通阀和液压缸组成，她是阀控系统中最常见的动力机构。图3.1阀控液压缸3.1.1阀控液压缸动力机

2、构基本方程1、滑阀流量方程3.1式中:2、液压缸连续性方程假定：49①所有的管道短而粗，管道中的摩擦损失、流体质量影响和管道动态都可以忽略不计。②液压缸每个腔内液压力各处都相等，油液温度和体积弹性模量为常数。③液压缸中内、外泄漏流动为层流流动。可压缩流体的连续性方程为式中：～所取控制腔的体积（m3）～流出控制腔的总流量（m3/s）～流入控制腔的总流量（m3/s）～液体体积弹性模数将可压缩流体连续性方程应用到图3.1中的进油腔，并考虑到内、外泄漏，可得该式的物理意义是；流进进油腔的净流量等于液体压缩的流量与活塞运动所需的流量。同理，应用到图3.1中的回油腔，可得式

3、中～液压缸内泄漏系数～液压缸外泄漏系数～进油腔容积～回油腔容积～油液弹性模数设液压缸的容积为式中～进油腔初始容积～回油腔出式容积～活塞有效面积～活塞位移对微分液压缸容积得49进油腔、回油腔连续性方程相减，并考虑到上述各式的关系可得设：，并考虑到，常数，则，则上式可写成3.2式中～总泄漏系数。这是一个常见的动力机构流量连续性方程，由上式可知，负载流量除用于推动活塞运动外，还要用于补偿油缸的内外泄漏和液体的压缩。推导上述连续性方程时，曾假设活塞处于液压缸的中间位置，可以证明，此时液体压缩性对系统影响最大，此时液压刚度最小，固有频率最低，系统阻尼比最小。对系统动态特性

4、最为不利。3、动力机构力平衡方程根据牛顿定律，忽略摩擦力等非线性负载，由图3.1可得式中～活塞及负载的总质量（～粘性阻尼系数（～负载弹簧刚度～负载力～液压推动力3.1.2阀控液压缸动力机构方块图、传递函数及状态方程1、动力机构方块图由上述式3.1、3.2、3.3三个基本方程，经拉普拉斯变换，可得3.43.53.6由上述式3.4、3.5、3.6可直接作出阀控液压缸动力机构方块图如图3.2所示49图3.2阀控液压缸动力机构方块图该方块图是以阀的位移为输入量，以液压缸位移为输出量作出的，它反映了在阀的位移作用下，液压缸的输出响应。2、阀控液压缸动力机构的传递函数根据阀

5、控液压缸动力机构方块图3.2，可直接写出阀控液压缸动力机构传递函数。①输入为输出为的传递函数令，根据系统方块图，可得经整理得3.7②输入为输出为的传递函数令，根据方块图可直接得3.8③输入为和输出为的传递函数根据叠加原理，可得=3.949①输入为输出为的传递函数上述动力机构传递函数是十分通用的，它适合于任何一种四通阀构成的动力机构。3、阀控液压缸动力机构的状态方程阀空缸动力机构状态方程可以根据动机构传递函数列写，也可以由动力机构方块图直接列写状态方程，下面分别加以简单介绍。⑴由动力机构传递函数列写状态方程在式3.8中引进中变量取则有根据现代控制理论，选择状态变量

6、为则阀控缸动力机构状态方程为49输出方程为⑴由动力机构方块图直接列写状态方程为了直接利用阀控缸动力机构列写状态方程，这里引进状态反馈方程和状态传递方程，并在图3.2中引进变量如图3.3所示。图3.3根据图3.8可得则有取状态变量则系统的状态方程为状态方程中称之为状态反馈方程。称之为状态传递方程。动力机构输出方程为3.1.2阀控液压缸动力机构液压刚度及传递函数简化形式491、液压刚度概念、液压固有频率为了理解上述传递函数中某些参数的物理意义，这里引进液压弹簧概念。如图3.4所示的液压缸为一个理想无摩擦无泄漏的液压缸，两个工作腔内充满液压油，并被完全封闭，液体弹性模

7、量为常数。图3.4液压弹簧由于液体具有压缩性，当活塞在外力作用时，活塞产生位移，使一腔的压力升高，另一腔的压力降低。设液压缸总的受压容积为，活塞的有效面积为，位移为。根据体积弹性模数定义有两式相减得其恢复力为令式中：液压弹簧刚度。（N/m）由上述可知，液压缸就像一个线性弹簧，其刚度为。总刚度等于各腔受压液体产生的的液压弹簧刚度之和。当活塞处于中间位置时，由，得3.1049如果，负载为质量负载，其质量为，则构成质量～液压弹性系统，它相当于一个机械振荡系统，其固有频率为=3.112、动力机构传递函数简化形式（1）传递函数式3.7、3.8中，特征方程中的参数，是由液压

8、阀和缸的泄漏产生的阻尼系