液压系统建模与仿真

第1章  液压与气压的基础知识 1
1.1  气液传动的工作原理与系统组成 1
1.2  液压与气压传动的特点 3
1.3  液压与气压传动技术的发展概况 4
第2章  流体力学基础知识 5
2.1  液压传动工作介质 5
2.1.1  液体的密度 5
2.1.2  液体的可压缩性 5
2.1.3  液体的黏性 6
2.1.4  液压油的品种和选用 8
2.2  液体静力学基础 9
2.2.1  液体静压力 9
2.2.2  液体静压力基本方程 10
2.2.3  绝对压力与相对压力 11
2.2.4  帕斯卡原理 13
2.3  液体动力学基础 13
2.3.1  液体动力学的基本概念 13
2.3.2  连续性方程 16
2.3.3  伯努利定理 17
2.4  压力与流量 19
2.4.1  液压管路的压力损失 19
2.4.2  孔口的流量与压力特性 20
2.5  液压冲击和空穴现象 21
2.5.1  液压冲击 21
2.5.2  空穴现象 22
2.6  复习应用 22
第3章  液压控制阀 25
3.1  圆柱滑阀的结构形式及分类 25
3.1.1  按进、出阀的通道数划分 25
3.1.2  按滑阀的工作边数划分 26
3.1.3  按滑阀的预开口形式划分 27
3.1.4  按阀套窗口的形状划分 27
3.1.5  按阀芯的凸肩数目划分 27
3.2  阀芯液压力 28
3.2.1  液体的压缩性分析 28
3.2.2  滑阀受力分析 30
3.3  液压桥路 35
3.4  滑阀静态特性的一般分析 38
3.4.1  滑阀压力－流量方程的一般表达式 39
3.4.2  滑阀的静态特性曲线 41
3.4.3  阀的线性化分析和阀的系数 42
3.5  零开口四边滑阀的静态特性 44
3.6  实际零开口四边滑阀的静态特性 47
3.7  正开口四边滑阀的静态特性 49
3.8  双边滑阀的静态特性 52
3.9  喷嘴挡板阀 55
3.9.1  单喷嘴挡板阀的静态特性 56
3.9.2  双喷嘴挡板阀的静态特性 60
3.9.3  作用在挡板上的液流力 67
3.9.4  喷嘴挡板阀的设计 69
3.10  滑阀的输出功率及效率 70
3.11  滑阀的设计 72
3.11.1  滑阀的选择 72
3.11.2  主要参数的确定 73
3.12  习题 74
第4章  液压动力机构 76
4.1  液压动力机构与负载的匹配 76
4.1.1  负载的类型及特性 77
4.1.2  等效负载的计算 82
4.1.3  液压动力元件的输出特性 84
4.1.4  动力机构与负载匹配 85
4.2  对称阀四通阀控对称液压缸 88
4.2.1  基本方程 88
4.2.2  方块图与传递函数 93
4.3  对称阀控非对称液压缸 102
4.3.1  对称阀控非对称液压动力机构的基本方程 102
4.3.2  基本方程 103
4.4  四通阀控液压马达 108
4.5  三通阀控制液压缸 112
4.5.1  基本方程 112
4.5.2  传递函数 113
4.6  泵控液压马达 114
4.6.1  基本方程 115
4.6.2  传递函数 117
4.6.3  泵控液压马达与阀控液压马达的比较 118
4.7  思考题 119
4.8  习题 119
第5章  机-液伺服系统 121
5.1  阀控液压缸外反馈机-液位置伺服系统 122
5.2  机-液伺服系统的稳定性分析 124
5.2.1  Routh稳定判据 124
5.2.2  机-液伺服系统的稳定性判据和稳定裕量 125
5.2.3  稳定性计算举例 128
5.3  影响稳定性的因素 132
5.3.1  主要结构参数的影响 132
5.3.2  结构刚度对稳定性的影响 133
5.4  动压反馈装置 138
5.5  液压转矩放大器 142
5.5.1  结构原理 142
5.5.2  方框图及传递函数 143
5.5.3  液压转矩放大器稳定计算举例 145
5.6  机-液伺服系统的稳态误差 147
5.6.1  跟随误差计算 147
5.6.2  负载误差计算 149
5.6.3  影响系统工作精度的因素 150
5.6.4  液压伺服系统稳态误差计算举例 151
5.7  思考题 152
5.8  习题 153
第6章  电液伺服阀 154
6.1  电液伺服阀的组成及分类 154
6.1.1  电液伺服阀的组成 154
6.1.2  电液伺服阀的分类 155
6.2  力矩马达 156
6.2.1  力矩马达的分类及要求 156
6.2.2  永磁动铁式力矩马达 157
6.2.3  永磁动圈式力马达 161
6.2.4  动铁式力矩马达与动圈式力马达的比较 162
6.3  单级滑阀式电液伺服阀 162
6.3.1  动铁式单级电液伺服阀 162
6.3.2  动圈式单级电液伺服阀 170
6.4  力反馈两级电液伺服阀 173
6.4.1  工作原理 173
6.4.2  基本方程与方块图 174
6.4.3  力反馈伺服阀的稳定性分析 180
6.4.4  力反馈伺服阀的传递函数 182
6.4.5  力反馈伺服阀的频宽 184
6.4.6  力反馈伺服阀的静态特性 186
6.4.7  力反馈伺服阀的设计计算 187
6.5  直接反馈两极滑阀式电液伺服阀 190
6.6  电液伺服阀的特性及主要的性能指标 193
6.6.1  静态特性 193
6.6.2  动态特性 196
6.6.3  输入特性 197
6.7  思考题 198
6.8  习题 198
第7章  电液伺服系统 199
7.1  电液伺服系统的类型 199
7.2  电液位置伺服系统的分析 200
7.3  电液伺服系统的校正 213
7.3.1  滞后校正 213
7.3.2  速度与加速度反馈校正 215
7.3.3  压力反馈和动压反馈校正 217
7.4  电液速度控制系统 218
7.4.1  阀控马达速度控制系统 219
7.4.2  泵控马达速度控制系统 221
第8章  液压伺服系统设计 227
8.1  液压伺服系统的设计步骤 227
8.1.1  明确设计要求 227
8.1.2  拟定控制方案，绘出系统原理图 228
8.1.3  确定液压动力元件参数，选择系统元件 228
8.1.4  动态计算 232
8.1.5  检验系统静、态品质，需要时对系统进行校正 232
8.2  电液位置伺服系统设计举例 232
8.3  电液速度控制系统设计举例 245
8.4  思考题 254
8.5  习题 254
第9章  液压能源 255
9.1  对油源品质的要求 255
9.2  液压能源的基本形式 256
9.3  恒压能源的动态分析和参数选择 258
9.3.1  定量泵－溢流阀恒压能源 258
9.3.2  变量泵－恒压能源 261
9.4  液压能源与负载的匹配 263
9.5  油液污染及控制 264
9.5.1  污染的危害 264
9.5.2  油液污染的原因 266
9.5.3  污染控制 266
9.5.4  过滤器 267
9.6  习题 270
第10章  液压系统的现代控制方法 271
10.1  最优二次型控制的基本理论 273
 10.1.1  最优控制的基本内容与定义 273
 10.1.2  最优二次型的基本理论 274
10.2  二次型优化理论在液压伺服系统中的应用 275
10.3  负载干扰的补偿 280
10.4  采用状态观测器实现干扰的补偿 283
10.5  状态空间表达式的建立 289
 10.5.1  由结构图模型建立状态空间表达式 290
 10.5.2  由传递函数模型建立状态空间表达式 293
10.6  状态变换 298
 10.6.1  状态向量的非唯一性及特征不变性 298
 10.6.2  常用标准型 300
 10.6.3  MATLAB下建立状态空间模型 304
10.7  系统能控性和能观性 304
 10.7.1  能控性 306
 10.7.2  能观性 307
 10.7.3  单输入系统的能控标准型和能观标准型 309
 10.7.4  基于MATLAB的能控性与能观性分析 312
10.8  李雅普诺夫稳定性与判别方法 316
 10.8.1  李雅普诺夫的稳定性判据 316
 10.8.2  线性定常系统的李雅普诺夫稳定性分析 317
 10.8.3  基于MATLAB的李雅普诺夫稳定性分析 317
10.9  线性定常系统的设计与综合 319
 10.9.1  状态反馈实现极点配置 319
 10.9.2  最优控制系统的设计 326
10.10  习题 329
第11章  非线性控制系统 333
11.1  非线性系统概述 333
 11.1.1  典型的非线性特性 333
 11.1.2  非线性系统的特点 336
11.2  非线性元件的描述函数 337
 11.2.1  描述函数的基本概念 337
 11.2.2  非线性元件描述函数 338
11.3  用描述函数分析非线性控制系统 341
11.4  相轨迹 342
 11.4.1  相轨迹的基本概念 342
 11.4.2  相轨迹的绘制 344
 11.4.3  奇点的分类与极限环 345
 11.4.4  由相轨迹求系统的瞬态相应 347
11.5  非线性系统的相平面分析 347
 11.5.1  具有分段线性的非线性系统 348
 11.5.2  继电器型非线性系统 349
11.6  非线性因素对稳定性的影响 351
11.7  利用Simulink仿真平台分析非线性液压控制系统实例 358
11.8  习题 365
第12章  离散控制系统辅助设计 367
12.1  概述 367
 12.1.1  离散控制系统的基本组成 367
 12.1.2  数字控制系统工作过程 368
 12.1.3  离散控制系统的基本特点 368
 12.1.4  离散控制系统的研究方法 369
12.2  离散信号的数学描述 370
 12.2.1  采样过程及采样定理 370
 12.2.2  保持器的数学描述 372
12.3  Z变换 374
 12.3.1  离散信号的Z变换 374
 12.3.2  Z变换和Z反变换的MATLAB实现 376
12.4  离散控制系统的数学模型 378
 12.4.1  离散系统的时域数学模型 378
 12.4.2  离散系统频域数学模型 381
12.5  离散控制系统分析 383
 12.5.1  离散控制系统的稳定性 383
 12.5.2  采样周期与开环增益对稳定性的影响 385
 12.5.3  离散控制系统MATLAB时域响应和频域响应 388
12.6  频率特性和根轨迹设计 393
12.7  习题 397