《液压伺服系统优化设计理论》

第一章 引论1

1.1现代液压伺服系统的特点1

目录1

1.2液压伺服系统的分类2

1.3液压伺服系统优化设计概述3

1.4液压伺服系统优化设计理论的主要内容4

第二章 液压动力机构的优化设计及系统频宽极限的计算方法8

2.1负载轨迹及其方程8

2.1.1负载种类8

2.1.2典型的负载轨迹方程及其负载轨迹8

2.2阀控动力机构优化设计方法之——经典解析法12

2.2.1以耗能最小为指标的优化设计概念12

2.2.2求取最佳匹配参数的解析方法13

2.3.1P-Q计算尺的基本原理16

2.3阀控动力机构优化设计方法之二——P-Q计算尺法16

2.3.2P-Q计算尺的使用方法20

2.4阀控动力机构优化设计方法之三——考虑液容效应及泄漏的P-Q计算尺法27

2.4.1建立负载轨迹方程27

2.4.2动力机构的优化设计28

2.5系统极限幅频特性的计算方法34

2.6动力机构优化设计的意义36

2.6.1系统消耗功率最小36

2.6.2效率最高37

2.6.3频带最宽37

2.7频宽与A和QM的关系42

2.8阀控动力机构优化设计方法之四——全局优化法45

2.8.1f=0的阀控动力机构的优化设计45

2.8.2f=常数的阀控动力机构的优化设计47

2.9泵控液压马达式动力机构的优化设计49

第三章 电液伺服系统的系统参数优化方法52

3.1保持型电液伺服系统的系统参数优化方法52

3.1.1标准数学模型及其优化曲线52

3.1.2非标准数学模型及其与标准数学模型的关系55

3.1.3系统参数的优化方法57

3.2正弦型电液伺服系统的系统参数优化方法66

3.2.1优化数学模型的建立66

3.2.2校正装置的设计68

3.2.3振幅保持系统70

3.2.4系统参数优化设计举例72

3.3伺服系统跟踪问题的研究（动态消差法）78

3.3.1伺服系统跟踪给定函数的实质和条件78

3.3.2实现高阶无静差度的两种方法81

3.3.3消除静差的新方法——动态消差法82

3.4跟踪型电液伺服系统的系统参数优化方法92

3.4.1建立优化数学模型92

3.4.22型伺服系统的系统参数优化方法98

第四章 电液伺服系统中的结构不变性原理105

4.1结构不变性原理的基本概念105

4.2电液位置伺服系统的结构不变性问题108

4.2.1单变量位置伺服系统108

4.2.2多变量位置伺服系统112

4.3电液速度伺服系统的结构不变性问题116

4.4电液施力伺服系统的结构不变性问题118

4.4.1内力扰动型施力系统118

4.4.2位置扰动型施力系统121

4.4.3外力扰动型施力系统123

4.5关于按结构不变性原理补偿液压伺服系统的近似性问题126

5.1伺服阀的优化数学模型128

第五章 电液伺服阀的优化设计128

5.2伺服阀的传递函数131

5.2.1伺服阀的传递函数131

5.2.2衔铁传递函数的简化计算134

5.2.3反馈回路的处理方法137

5.2.4伺服阀简化后的传递函数及其与优化数学模型的关系137

5.3伺服阀的优化设计139

5.3.1双喷嘴挡板阀的最佳流量选择方法139

5.3.2伺服阀优化设计步骤146

5.3.3设计举例149

5.3.4结论153

6.1非对称动力机构的建模与优化（方法一）155

6.1.1伺服阀的负载压力流量特性155

第六章 非对称动力机构的建模与优化155

6.1.2建立非对称液压缸的数学模型158

6.1.3附加干扰力对系统的影响160

6.1.4系统的静差161

6.1.5伺服阀的零位系数163

6.1.6忽略液容效应时非对称动力机构的优化设计164

6.1.7实验168

6.2非对称动力机构的建模与优化（方法二）172

6.2.1伺服阀的负载流量方程173

6.2.2建立非对称动力机构的数学模型174

6.2.3系统静差176

6.2.4忽略液容效应时非对称动力机构的优化设计176

6.2.5考虑液容效应时非对称动力机构的优化设计178

6.2.6非对称液压缸的耗功问题180

7.1阀控液压缸式位置系统183

7.1.1设计步骤183

第七章 电液位置伺服系统的优化设计183

7.1.2设计举例188

7.2阀控液压马达式位置系统（转动式）195

7.2.1阀控液压马达式位置系统的基本工作原理195

7.2.2设计举例196

7.3阀控液压马达式位置系统（直动式）201

第八章 电液速度伺服系统的优化设计204

8.1阀控液压缸式速度系统204

8.2阀控液压马达式速度系统207

8.3第一类泵控液压马达式速度系统213

8.4第二类泵控液压马达式速度系统217

8.5第三类泵控液压马达式速度系统225

第九章 电液施力伺服系统的分析229

9.1电液施力伺服系统概论229

9.1.1引言229

9.1.2施力系统的定义231

9.1.3施力系统的结构组成238

9.1.4施力系统的分类239

9.1.5施力系统的特点242

9.1.6施力系统的品质指标244

9.2电液施力系统中的多余力245

9.2.1多余力的定义、度量方法和产生原因246

9.2.2伺服阀全局负载曲线的概念246

9.2.3四种伺服阀的全局负载曲线248

9.2.4多余力形成过程及其与伺服阀的关系258

9.2.5消除多余力的方法268

9.3建立施力机构的数学模型270

9.3.1内力扰动型施力机构的数学模型270

9.3.2位置扰动型施力机构的数学模型272

9.3.3外力扰动型施力机构的数学模型273

9.3.5一种求取三阶特征方程式根的方法274

9.3.4无扰动型施力机构的数学模型274

9.3.6内力扰动型非对称施力机构的数学模型278

9.3.7位置扰动型非对称施力机构的数学模型282

第十章 施力机构的优化设计和系统频宽极限的计算方法283

10.1忽略液容效应时对称施力机构的优化设计283

10.1.1内力扰动型施力机构283

10.1.2位置扰动型施力机构286

10.1.3外力扰动型施力机构287

10.1.4无扰动型施力机构288

10.2忽略液容效应时非对称施力机构的优化设计288

10.2.1内力扰动型施力机构288

10.2.2位置扰动型施力机构293

10.3考虑液容效应时对称施力机构的优化设计294

10.3.1内力扰动型施力机构294

10.3.2位置扰动型施力机构298

10.3.3外力扰动型施力机构299

10.3.4无扰动型施力机构299

10.4考虑液容效应时非对称施力机构的优化设计300

10.4.1内力扰动型施力机构300

10.4.2位置扰动型施力机构305

10.5忽略液容效应时跟踪型对称施力机构的优化设计308

10.5.1内力扰动型施力机构309

10.5.2位置扰动型施力机构310

10.5.3求取最大行程的计算公式311

10.6忽略液容效应时跟踪型非对称施力机构的优化设计311

10.6.1内力扰动型施力机构311

10.6.2位置扰动型施力机构311

10.7考虑液容效应时跟踪型对称施力机构的优化设计312

10.7.1内力扰动型施力机构312

10.7.2位置扰动型施力机构313

10.8考虑液容效应时跟踪型非对称施力机构的优化设计314

10.8.1内力扰动型施力机构314

10.8.2位置扰动型施力机构315

10.9施力系统极限幅频特性的计算方法316

10.9.1内力扰动型施力系统316

10.9.2位置扰动型施力系统318

10.9.3外力扰动型施力系统320

10.9.4无扰动型施力系统321

10.9.5QM及A对极限幅频特性的影响321

第十一章 电液施力伺服系统的优化设计326

11.1内力扰动型施力系统的优化设计326

11.1.1频域中的设计方法326

11.1.2优化设计方法338

11.2.1施力机构的优化设计341

11.2位置扰动型施力系统的优化设计341

11.2.2极限幅频特性的计算342

11.2.3结构不变性系统的设计342

11.2.4选取优化数学模型及优化参数342

第十二章 机液位置伺服系统的优化设计351

12.1机液位置伺服系统的基本原理351

12.2机液位置伺服系统的分析354

12.2.1机液位置系统的特点354

12.2.2机液位置系统的分析356

12.3机液位置伺服系统的设计361

12.3.1根据系统频宽和外干扰选择动力机构的最佳匹配参数361

12.3.2根据系统的负载特性及其输出的最大速度选择动力机构的最佳匹配参数361

12.3.3确定系统的其它参数363

12.3.4系统的设计步骤364

13.1.1带有硬反馈的机液速度系统的工作原理371

13.1机液速度伺服系统的基本原理371

第十三章 机液速度伺服系统的优化设计371

13.1.2带有软反馈的机液速度系统的工作原理372

13.2对机液速度伺服系统的分析374

13.2.1带有硬反馈的机液速度系统的分析374

13.2.2带有软反馈的机液速度系统的分析376

13.3机液速度伺服系统的优化设计382

13.3.1带有硬反馈的机液速度系统的优化设计382

13.3.2带有软反馈的机液速度系统的优化设计388

第十四章 机液施力伺服系统的优化设计400

14.1机液施力伺服系统的基本原理400

14.1.1机液负载模拟器的基本原理400

14.1.2拖拉机牵引阻力调节系统的基本原理401

14.2机液施力伺服系统的分析402

14.2.1机液负载模拟器的系统分析402

14.2.2拖拉机牵引阻力调节系统的分析408

14.3机液施力伺服系统的优化设计411

14.3.1机液负载模拟器的设计411

14.3.2拖拉机牵引阻力调节系统的设计417

附录A 关于高压大流量大容腔跟踪型压力控制系统的研究428

A.1绪言428

A.2压力控制系统的基本原理428

A.3建立伺服增压器的数学模型430

A.3.1锥形阀关闭的工作状态430

A.3.2锥形阀打开的工作状态431

A.4液压动力机构的优化设计432

A.4.1增压器的优化设计432

A.4.2电液伺服阀的选择和计算435

A.4.3求取动力机构的数学模型436

A.5.2系统的校正方案437

A.5.1给定指标437

A.4.4油源的设计437

A.5系统设计与实验437

附录B 关于拖拉机液压提升器的分析与设计443

B.1绪言443

B.2拖拉机位置控制系统的基本原理443

B.3拖拉机位置控制系统的分析444

B.4拖拉机位置控制系统的设计447

B.4.1求取动力机构的最佳匹配参数447

B.4.2求取其它参数448

B.4.3系统的设计步骤449

B.5拖拉机力位控制系统参数之间的关系451

B.6拖拉机液压提升器的设计452

C.1绪言454

C.2基本原理454

附录C 拖拉机力调节系统的物理仿真454

C.3力模拟器的设计456

C.3.1力模拟器的设计要点456

C.3.2确定力模拟器的设计指标457

C.3.3设计力模拟器的施力机构458

C.3.4极限幅频特性的计算461

C.3.5求取施力机构的数学模型464

C.3.6力模拟器的系统设计467

C.3.7利用TL-1型专用机实现控制功能470

C.4力模拟器的调试470

C.5力系统的动态测试471

C.5.1阶跃过渡过程试验471

C.5.2消扰试验471

参考文献473