液壓控制系統(tǒng)王春行編課后題答案

1、第二章思考題1、為什么把液壓控制閥稱為液壓放大元件？ 答：因為液壓控制閥將輸入的機械信號（位移）轉(zhuǎn)換為液壓信號（壓力、流量）輸出，并進行功率放大，移動閥芯所需要的信號功率很小，而系統(tǒng)的輸出功率卻可以很大。2、什么是理想滑閥？什么是實際滑閥？答： 理想滑閥是指徑向間隙為零，工作邊銳利的滑閥。 實際滑閥是指有徑向間隙，同時閥口工作邊也不可避免地存在小圓角的滑閥。4、什么叫閥的工作點？零位工作點的條件是什么？答：閥的工作點是指壓力-流量曲線上的點，即穩(wěn)態(tài)情況下，負(fù)載壓力為，閥位移時，閥的負(fù)載流量為的位置。 零位工作點的條件是 。5、在計算系統(tǒng)穩(wěn)定性、響應(yīng)特性和穩(wěn)態(tài)誤差時，應(yīng)如何選定閥的系數(shù)？為什么？

2、答：流量增益，為放大倍數(shù)，直接影響系統(tǒng)的開環(huán)增益。流量-壓力系數(shù)，直接影響閥控執(zhí)行元件的阻尼比和速度剛度。壓力增益，表示閥控執(zhí)行元件組合啟動大慣量或大摩擦力負(fù)載的能力當(dāng)各系數(shù)增大時對系統(tǒng)的影響如下表所示。穩(wěn)定性響應(yīng)特性穩(wěn)態(tài)誤差7、徑向間隙對零開口滑閥的靜態(tài)特性有什么影響？為什么要研究實際零開口滑閥的泄漏特性？答：理想零開口滑閥，而實際零開口滑閥由于徑向間隙的影響，存在泄漏流量，兩者相差很大。理想零開口滑閥實際零開口滑閥因有徑向間隙和工作邊的小圓角，存在泄漏，泄漏特性決定了閥的性能，用泄漏流量曲線可以度量閥芯在中位時的液壓功率損失大小，用中位泄漏流量曲線來判斷閥的加工配合質(zhì)量。8、理想零開口閥具

3、有線性流量增益，性能比較好，應(yīng)用最廣泛，但加工困難；因為實際閥總存在徑向間隙和工作邊圓角的影響。9、什么是穩(wěn)態(tài)液動力？什么是瞬態(tài)液動力？答：穩(wěn)態(tài)液動力是指，在閥口開度一定的穩(wěn)定流動情況下，液流對閥芯的反作用力。 瞬態(tài)液動力是指，在閥芯運動過程中，閥開口量變化使通過閥口的流量發(fā)生變化，引起閥腔內(nèi)液流速度隨時間變化，其動量變化對閥芯產(chǎn)生的反作用力。習(xí)題1、有一零開口全周通油的四邊滑閥，其直徑，徑向間隙，供油壓力，采用10號航空液壓油在40工作，流量系數(shù)，求閥的零位系數(shù)。解：零開口四邊滑閥的零位系數(shù)為：零位流量增益 零位流量-壓力系數(shù) 零位壓力增益 將數(shù)據(jù)代入得2、已知一正開口量的四邊滑閥，在供油壓

4、力下測得零位泄露流量，求閥的三個零位系數(shù)。解：正開口四邊滑閥的零位系數(shù)為：零位流量增益 零位流量-壓力系數(shù) 零位壓力增益 將數(shù)據(jù)代入得第三章思考題1、 什么叫液壓動力元件？有哪些控制方式？有幾種基本組成類型？答：液壓動力元件（或稱為液壓動力機構(gòu)）是由液壓放大元件（液壓控制元件）和液壓執(zhí)行元件組成的?？刂品绞娇梢允且簤嚎刂崎y，也可以是伺服變量泵。有四種基本形式的液壓動力元件：閥控液壓缸、閥控液壓馬達、泵控液壓缸和泵控液壓馬達。4、 何謂液壓彈簧剛度？為什么要把液壓彈簧剛度理解為動態(tài)剛度？答：液壓彈簧剛度，它是液壓缸兩腔完全封閉由于液體的壓縮性所形成的液壓彈簧的剛度。因為液壓彈簧剛度是在液壓缸兩腔

5、完全封閉的情況下推導(dǎo)出來的，實際上由于閥的開度和液壓缸的泄露的影響，液壓缸不可能完全封閉，因此在穩(wěn)態(tài)下這個彈簧剛度是不存在的。但在動態(tài)時，在一定的頻率范圍內(nèi)泄露來不及起作用，相當(dāng)于一種封閉狀態(tài)，因此液壓彈簧剛度應(yīng)理解為動態(tài)剛度。習(xí)題1、有一閥控液壓馬達系統(tǒng)，已知：液壓馬達排量為，馬達容積效率為95%，額定流量為，額定壓力，高低壓腔總?cè)莘e。拖動純慣性負(fù)載，負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量為，閥的流量增益，流量-壓力系數(shù)，液體等效體積彈性模量。試求出以閥芯位移為輸入，液壓馬達轉(zhuǎn)角為輸出的傳遞函數(shù)。解：由閥控液壓馬達的三個基本方程 可得 馬達的容積效率 且 得 代入數(shù)據(jù)得 2、閥控液壓缸系統(tǒng)，液壓缸面積，活塞行程L=0

6、.6m，閥至液壓缸的連接管路長度l=1m，管路截面積，負(fù)載質(zhì)量，閥的流量-壓力系數(shù)。求液壓固有頻率和液壓阻尼比。計算時，取，。解：總壓縮體積 管道中油液的等效質(zhì)量 液壓缸兩腔的油液質(zhì)量 則折算到活塞上的總質(zhì)量 所以液壓固有頻率 液壓阻尼比 4、有一四邊滑閥控制的雙作用液壓缸，直接拖動負(fù)載作簡諧運動。已知：供油壓力，負(fù)載質(zhì)量，負(fù)載位移規(guī)律為，負(fù)載移動的最大振幅，角頻率。試根據(jù)最佳負(fù)載匹配求液壓缸面積和四邊閥的最大開面積。計算時，取，。解：負(fù)載速度 負(fù)載力 功率 則在時，負(fù)載功率最大最大功率點的負(fù)載力 最大功率點的負(fù)載速度 故液壓缸面積 由于最大空載流量 可求得四邊閥的最大開面積 第四章思考題1、

7、 什么是機液伺服系統(tǒng)？機液伺服系統(tǒng)有什么優(yōu)缺點？答：由機械反饋裝置和液壓動力元件所組成的反饋控制系統(tǒng)稱為機械液壓伺服系統(tǒng)。機液伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、容易維護。2、 為什么機液位置伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度和控制精度由液壓動力元件的特性所定？答：為了使系統(tǒng)穩(wěn)定，穿越頻率稍大于開環(huán)放大系數(shù)而系統(tǒng)的頻寬又稍大于，即開環(huán)放大系數(shù)越大，系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快，系統(tǒng)的控制精度也越高，而取決于，所以說機液位置伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度和控制精度由液壓動力元件的特性所定。3、 為什么在機液位置伺服系統(tǒng)中，閥流量增益的確定很重要？答：開環(huán)放大系數(shù)越大，系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快，系統(tǒng)的控制精度也越高，而取決于，在單位

8、反饋系統(tǒng)中，僅由和所確定，而主要由負(fù)載的要求確定的，因此主要取決于，所以在機液位置伺服系統(tǒng)中，閥流量增益的確定很重要。5、低阻尼對液壓伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性有什么影響？如何提高系統(tǒng)的阻尼？這些方法各有什么優(yōu)缺點？答：低阻尼是影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和限制系統(tǒng)頻寬的主要因素之一。提高系統(tǒng)的阻尼的方法有以下幾種：1）設(shè)置旁路泄露通道。在液壓缸兩個工作腔之間設(shè)置旁路通道增加泄露系數(shù)。缺點是增大了功率損失，降低了系統(tǒng)的總壓力增益和系統(tǒng)的剛度，增加外負(fù)載力引起的誤差。另外，系統(tǒng)性能受溫度變化的影響較大。2）采用正開口閥，正開口閥的值大，可以增加阻尼，但也要使系統(tǒng)剛度降低，而且零位泄漏量引起的功率損失比第一種辦法還要

9、大。另外正開口閥還要帶來非線性流量增益、穩(wěn)態(tài)液動力變化等問題。3）增加負(fù)載的粘性阻尼。需要另外設(shè)置阻尼器，增加了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。4）在液壓缸兩腔之間連接一個機-液瞬態(tài)壓力反饋網(wǎng)絡(luò)，或采用壓力反饋或動壓反饋伺服閥。6、考慮結(jié)構(gòu)剛度的影響時，如何從物理意義上理解綜合剛度？答：結(jié)構(gòu)感度與負(fù)載質(zhì)量構(gòu)成一個結(jié)構(gòu)諧振系統(tǒng)，而結(jié)構(gòu)諧振與液壓諧振相互耦合，又形成一個液壓-機械綜合諧振系統(tǒng)。該系統(tǒng)的綜合剛度是液壓彈簧剛度和結(jié)構(gòu)剛度、串聯(lián)后的剛度，它小于液壓彈簧剛度和結(jié)構(gòu)剛度。7、考慮連接剛度時，反饋連接點對系統(tǒng)的穩(wěn)定性有什么影響？答：1）全閉環(huán)系統(tǒng) 對于慣性比較小和結(jié)構(gòu)剛度比較大的伺服系統(tǒng)， ，因而可以認(rèn)為液壓固

10、有頻率就是綜合諧振頻率。此時系統(tǒng)的穩(wěn)定性由液壓固有頻率和液壓阻尼比所限制。有些大慣量伺服系統(tǒng)，往往是，此時，綜合諧振頻率就近似等于結(jié)構(gòu)諧振頻率，結(jié)構(gòu)諧振頻率成為限制整個液壓伺服系統(tǒng)頻寬的主要因素。 2）半閉環(huán)系統(tǒng) 如果反饋從活塞輸出端引出構(gòu)成半閉環(huán)系統(tǒng)，此時開環(huán)傳遞函數(shù)中含有二階微分環(huán)節(jié)，當(dāng)諧振頻率與綜合諧振頻率靠的很近時，反諧振二階微分環(huán)節(jié)對綜合諧振有一個對消作用，使得綜合諧振峰值減小，從而改善了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。習(xí)題1、如圖4-15所示的機液位置伺服系統(tǒng)，供油壓力，滑閥面積梯度，液壓缸面積，液壓固有頻率，阻尼比。求增益裕量為6dB時反饋杠桿比為多少？計算時，取，。解：由圖可得： 其中 又因為

11、所以 2、如圖4-16所示機液伺服系統(tǒng)，閥的流量增益為，流量-壓力系數(shù)，活塞面積，活塞桿與負(fù)載連接剛度，負(fù)載質(zhì)量，總壓縮容積，油的體積彈性模量，閥的輸入位移，活塞輸出位移，求系統(tǒng)的穩(wěn)定條件。解：由圖可知，該系統(tǒng)為半閉環(huán)系統(tǒng)，且半閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定條件為其中： 綜合阻尼比 綜合諧振頻率 結(jié)構(gòu)諧振頻率 液壓彈簧剛度 開環(huán)放大系數(shù) 反饋放大系數(shù) 綜上所述，將各系數(shù)代入不等式，可得系統(tǒng)的穩(wěn)定條件為： 第五章1、已知電液伺服閥在線性區(qū)域內(nèi)工作時，輸入差動電流，負(fù)載壓力，負(fù)載流量。求此電液伺服閥的流量增益及壓力增益。解：電液伺服閥的流量增益為 壓力增益 2、已知一電液伺服閥的壓力增益為，伺服閥控制的液壓缸面積

12、為。要求液壓缸輸出力，伺服閥輸入電流為多少？解：負(fù)載壓力 則伺服閥輸入電流 5、已知電液伺服閥額定流量為，額定壓力為，額定電流10mA，功率滑閥為零開口四邊滑閥，其零位泄露流量為額定流量的4%，伺服閥控制的雙作用液壓缸，當(dāng)伺服閥輸入電流為0.1mA時，求液壓缸最大輸出速度和最大輸出力。解：流量增益 流量-壓力系數(shù) 壓力增益 負(fù)載流量為 則液壓缸最大輸出速度為 最大輸出力為 第六章思考題6、未加校正的液壓伺服系統(tǒng)有什么特點？答：液壓位置伺服系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)通?？梢院喕癁橐粋€積分環(huán)節(jié)和一個振蕩環(huán)節(jié)，而液壓阻尼比一般都比較小，使得增益裕量不足，相位裕量有余。另一個特點是參數(shù)變化較大，特別是阻尼比隨

13、工作點變動在很大范圍內(nèi)變化。7、為什么電液伺服系統(tǒng)一般都要加校正裝置？在電液位置伺服系統(tǒng)中加滯后校正、速度與加速度反饋校正、壓力反饋和動壓反饋校正的主要目的是什么？答：因為在電液伺服系統(tǒng)中，單純靠調(diào)整增益往往滿足不了系統(tǒng)的全部性能指標(biāo)，所以就要在系統(tǒng)中加校正裝置。加滯后校正的主要目的通過提高低頻段增益，減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，或者在保證系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度的條件下，通過降低系統(tǒng)高頻段的增益，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。加速度與加速度反饋校正的主要目的是提高主回路的靜態(tài)剛度，減少速度反饋回路內(nèi)的干擾和非線性的影響，提高系統(tǒng)的靜態(tài)精度。加壓力反饋和動壓反饋的目的是提高系統(tǒng)的阻尼。8、電液速度控制系統(tǒng)為什么一定要加校正

14、？加滯后校正和加積分校正有什么不同？答：系統(tǒng)在穿越頻率處的斜率為，因此相位裕量很小，特別是在阻尼比較小時更是如此。這個系統(tǒng)雖屬穩(wěn)定，但是在簡化的情況下得出的。如果在和之間有其它被忽略的環(huán)節(jié)，這時穿越頻率處的斜率將變?yōu)榛?，系統(tǒng)將不穩(wěn)定。即使開環(huán)增益，系統(tǒng)也不易穩(wěn)定，因此速度控制系統(tǒng)必須加校正才能穩(wěn)定工作。 加滯后校正的系統(tǒng)仍然是零型系統(tǒng)，加積分校正的系統(tǒng)為I型無差系統(tǒng)。9、在力控制系統(tǒng)中負(fù)載剛度對系統(tǒng)特性有何影響？影響了哪些參數(shù)？答：1），即負(fù)載剛度遠大于液壓彈簧剛度。此時，。二階振蕩環(huán)節(jié)與二階微分環(huán)節(jié)近似對消，系統(tǒng)動態(tài)特性主要由液體壓縮性形成的慣性環(huán)節(jié)決定。2），即負(fù)載剛度遠小于液壓彈簧剛度。此時，。隨著K