液壓傳動(dòng)控制系統(tǒng)課程課件

液氣壓系統(tǒng)分析本門課程的主要內(nèi)容及目的主要內(nèi)容液壓基本回路分析液壓系統(tǒng)工作原理分析（機(jī)床、工程機(jī)械、兵器等）液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)及維護(hù)目的：熟練掌握各類液壓典型回路；掌握液壓系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)方法；參考書：流體傳動(dòng)與控制，張光涵等，成都科技大學(xué)出版社；液壓系統(tǒng)建模與仿真，李永堂等，冶金工業(yè)出版社；第一章液壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)的討論本章提要?dú)v史回顧前言發(fā)展現(xiàn)狀未來展望在回顧流體傳動(dòng)及控制學(xué)科發(fā)展歷史的基礎(chǔ)上，對20世紀(jì)90年代后期以來液壓學(xué)科的發(fā)展作了綜合評述，它集眾多學(xué)科于一體，具有顯著的機(jī)電液一體化特征，尤其是與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，使得液壓學(xué)科在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、控制、故障診斷、虛擬現(xiàn)實(shí)等方面有了長足的進(jìn)步。最后對流體傳動(dòng)及控制技術(shù)的發(fā)展前景進(jìn)行了預(yù)測，指出關(guān)注環(huán)保性能，提高效率；元件與系統(tǒng)的集成化、模塊化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化；新材料的使用將是未來的發(fā)展方向。流體傳動(dòng)與控制技術(shù)發(fā)展到今天，已經(jīng)成為一門與其它學(xué)科相互關(guān)聯(lián)、交叉的綜合性學(xué)科。它是集液壓技術(shù)、微電子技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制及現(xiàn)代控制理論等眾多學(xué)科于一體的高交叉性、高綜合性的技術(shù)學(xué)科，具有顯著的機(jī)電液一體化特征。流體傳動(dòng)與控制學(xué)科是人類在生產(chǎn)實(shí)踐中逐步發(fā)展起來的。一、歷史回顧1流體力學(xué)流體力學(xué)尤其是流體動(dòng)力學(xué)作為一門嚴(yán)密的科學(xué)，卻是在經(jīng)典力學(xué)建立了速度、加速度，力、流場等概念，以及質(zhì)量、動(dòng)量、能量三個(gè)守恒定律之后才逐步形成的。1648年法國人帕斯卡(B.Pascal)提出靜止液體中壓力傳遞的基本定律，奠定了液體靜力學(xué)基礎(chǔ)。◆17世紀(jì)，力學(xué)奠基人牛頓(Newton)研究了在流體中運(yùn)動(dòng)的物體所受到的阻力，針對粘性流體運(yùn)動(dòng)時(shí)的內(nèi)摩擦力提出了牛頓粘性定律?！魧α黧w力學(xué)學(xué)科的形成作出第一個(gè)貢獻(xiàn)的是古希臘人阿基米德(Archimedes)，他建立了物理浮力定律和液體平衡理論?！?738年瑞土人歐拉(L.Euler)采用了連續(xù)介質(zhì)的概念，把靜力學(xué)中的壓力概念推廣到運(yùn)動(dòng)流體中，建立了歐拉方程，正確地用微分方程組描述了無粘性流體的運(yùn)動(dòng)。伯努利(D.Bernoulli)從經(jīng)典力學(xué)的能量守恒出發(fā)，研究供水管道中水的流動(dòng)，進(jìn)行試驗(yàn)分析，得到了流體定常運(yùn)動(dòng)下的流速、壓力、流道高度之間的關(guān)系——伯努利方程。

歐拉方程和伯努利方程的建立，是流體動(dòng)力學(xué)作為一個(gè)分支學(xué)科建立的標(biāo)志，從此開始了用微分方程和實(shí)驗(yàn)測量進(jìn)行流體運(yùn)動(dòng)定量研究的階段。◆◆◆◆1827年法國人納維(C.L.M.Navier)建立了粘性流體的基本運(yùn)動(dòng)方程；1845年英國人斯托克斯(G.G.Stokes)又以更合理的方法導(dǎo)出了這組方程，這就是沿用至今的N-S方程，它是流體動(dòng)力學(xué)的理論基礎(chǔ)。1883年英國人雷諾(O.Reynolds)發(fā)現(xiàn)液體具有兩種不同的流動(dòng)狀態(tài)——層流和湍流，并建立湍流基本方程——雷諾方程。2液壓傳動(dòng)◆1795年英國人布拉默(J.Bramsh)發(fā)明了第一臺(tái)液壓機(jī)，它的問世是流體動(dòng)力應(yīng)用于工業(yè)的成功典范，到1826年液壓機(jī)已被廣泛應(yīng)用，此后還發(fā)展了許多水壓傳動(dòng)控制回路，并且采用機(jī)能符號(hào)取代具體的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)，方便了液壓技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。19世紀(jì)是流體傳動(dòng)技術(shù)走向工業(yè)應(yīng)用的世紀(jì)，它奠基于的流體力學(xué)成果之上，而工業(yè)革命以來的產(chǎn)業(yè)需求為液壓技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了先決條件?！?905年美國人詹尼(Janney)首先將礦物油引入傳動(dòng)介質(zhì)，并設(shè)計(jì)研制了帶軸向柱塞機(jī)械的液壓傳動(dòng)裝置，并于1906年應(yīng)用于軍艦的炮塔裝置上，為現(xiàn)代液壓技術(shù)的發(fā)展揭開了序幕。◆◆1922年瑞士人托馬(H.Thoma)發(fā)明了徑向柱塞泵。1936年美國人威克斯(H.Vickers)一改傳統(tǒng)的直動(dòng)式機(jī)械控制機(jī)構(gòu)，發(fā)明了先導(dǎo)控制式壓力控制閥。稍后電磁閥和電液換向滑閥的問世，使先導(dǎo)控制形式多樣化?！?控制制論論20世紀(jì)紀(jì)是是流流體體傳傳動(dòng)動(dòng)與與控控制制技技術(shù)術(shù)飛飛速速發(fā)發(fā)展展并并日日趨趨成成熟熟的的世世紀(jì)紀(jì)，，也也是是控控制制理理論論與與工工程程實(shí)實(shí)踐踐相相互互結(jié)結(jié)合合飛飛速速發(fā)發(fā)展展的的世世紀(jì)紀(jì)，，它它為為流流體體控控制制工工程程的的進(jìn)進(jìn)步步提提供供了了強(qiáng)強(qiáng)有有力力的的理理論論基基礎(chǔ)礎(chǔ)和和技技術(shù)術(shù)支支持持。?！?922年美國人米諾諾爾斯基(N.Minorsky)提出用于船舶舶駕駛伺服機(jī)機(jī)構(gòu)的比例、、積分、微分分(PID)控制方法?！簟?932年瑞典人奈奎奎斯特(H．Nyquist)提出根據(jù)頻率率響應(yīng)判斷系統(tǒng)統(tǒng)穩(wěn)定性的準(zhǔn)準(zhǔn)則。1948年美國科學(xué)家家埃文斯(W．R．Evans)提出了根軌跡跡分析方法，，同年申農(nóng)(C．E．Shannon)和維納(N.Wiener)出版《信息論》與《控制論》。4液壓傳動(dòng)及伺伺服系統(tǒng)◆1950年摩根(Moog)研制成功采用用微小輸入信信號(hào)的電液伺伺服閥后，美美國麻省理工工學(xué)院的布萊萊克本(Blackburn)、李(Lee)等人在系統(tǒng)高高壓化和電液液伺服機(jī)構(gòu)方方面進(jìn)行了深深入研究。。◆1970年前后信號(hào)功功率介于開關(guān)關(guān)控制和伺服服控制之間的的比例閥問世世。二戰(zhàn)后液壓技技術(shù)在航天、、國防、汽車車和機(jī)床工業(yè)業(yè)中得到廣泛泛應(yīng)用，并且且走向產(chǎn)業(yè)獨(dú)獨(dú)立發(fā)展，西西方各國相繼繼成立了行業(yè)業(yè)協(xié)會(huì)和專業(yè)業(yè)學(xué)會(huì)，液壓壓傳動(dòng)和控制制被作為新興興技術(shù)得到重重視。這一時(shí)時(shí)期稱得上是是液壓工業(yè)的的黃金歲月。。4液壓傳動(dòng)及伺伺服系統(tǒng)◆l960年布萊克本(Blackburn)的《液動(dòng)氣動(dòng)控制制》和l967年梅里特(Merritt)的《液壓控制系統(tǒng)統(tǒng)》兩部科學(xué)著作作相繼問世，，對液壓控制制理論作出了了系統(tǒng)、科學(xué)學(xué)的闡述?！魪?962年開始制定液液壓元件的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)(CETOP，ISO／TCl31)?！粼谥鏖y結(jié)構(gòu)上上，早期采用用水介質(zhì)時(shí)大大多選擇錐閥閥結(jié)構(gòu)；油壓壓控制發(fā)展后后圓柱滑閥結(jié)結(jié)構(gòu)成為主流流。1970年前后二通插插裝閥(大中功率)以及螺紋插裝裝閥(中小功率)問世并快速發(fā)發(fā)展，使得滑滑閥結(jié)構(gòu)受到到?jīng)_擊。20世紀(jì)是流體傳傳動(dòng)及控制技技術(shù)逐步走向向成熟的時(shí)代代。隨著現(xiàn)代代科學(xué)技術(shù)的的飛速發(fā)展，，它不僅可以以充當(dāng)一種傳傳動(dòng)方式，而而且可以作為為一種控制手手段，充當(dāng)了了連接現(xiàn)代微微電子技術(shù)和和大功率控制制對象之間的的橋梁，成為為現(xiàn)代控制工工程中不可缺缺少的重要技技術(shù)手段。二、發(fā)展現(xiàn)狀狀進(jìn)入20世紀(jì)90年代后期，隨隨著自動(dòng)控制制技術(shù)，計(jì)算算機(jī)技術(shù)，微微電子技術(shù)、、可靠性技術(shù)術(shù)的發(fā)展以及及新材料的應(yīng)應(yīng)用，使傳統(tǒng)統(tǒng)的液壓技術(shù)術(shù)有了新的進(jìn)進(jìn)展，也使液液壓系統(tǒng)和元元件的水平有有很大提高。。1液壓傳動(dòng)與微微電子技術(shù)相相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)機(jī)電一體化化集成是新型元件和和系統(tǒng)發(fā)展的的主要方向。。◆多功能集成電電液元件、具具有數(shù)字接口口的電液元件件和檢測元件件快速發(fā)展。。◆由于內(nèi)置電子子線路以及串串行通訊總線線技術(shù)的發(fā)展展，在一些大大型現(xiàn)代化的的電液系統(tǒng)，，如冶金、大大型礦山機(jī)械械及工程機(jī)械械中，泵、馬馬達(dá)、閥等元元器件裝有各各種必要的傳傳感器和兩路路數(shù)據(jù)連接器器，不僅可實(shí)實(shí)現(xiàn)各種功能能的控制，還還可實(shí)現(xiàn)各元元件狀態(tài)的監(jiān)監(jiān)測，使液壓壓系統(tǒng)故障診診斷技術(shù)有了了進(jìn)一步的發(fā)發(fā)展?！衄F(xiàn)代的液壓系系統(tǒng)是高度機(jī)機(jī)電一體化的的大型復(fù)雜控控制系統(tǒng)。◆中央計(jì)算機(jī)不不斷訪問所有有元件的當(dāng)前前特性，并且且與標(biāo)準(zhǔn)特性性相比較，若若顯著超出，，可發(fā)出必要要的警報(bào)。2計(jì)算機(jī)的廣泛泛應(yīng)用和性能能的不斷提高高使得流體傳傳動(dòng)及控制技技術(shù)有了新的的發(fā)展計(jì)算機(jī)輔助設(shè)設(shè)計(jì)大大地提提高了工作效效率。利用CAD/CAE技術(shù)全面支持持液壓產(chǎn)品從從概念設(shè)計(jì)、、外觀設(shè)計(jì)、、性能設(shè)計(jì)、、可靠性設(shè)計(jì)計(jì)到零部件設(shè)設(shè)計(jì)的全過程程。對現(xiàn)有的的液壓CAD/CAE設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行行二次開發(fā)，，建立知識(shí)庫庫信息系統(tǒng)，，它將構(gòu)成設(shè)設(shè)計(jì)——制造——銷售——使用——設(shè)計(jì)的閉式循循環(huán)系統(tǒng)?！簟簟鬉新控制策略不不斷被采用。自適應(yīng)控制(AC)是指當(dāng)被控對對象本身特性性及其外部環(huán)環(huán)境了解不多多時(shí)或者它們們在正常運(yùn)行行中存在變化化時(shí)，對其有有自適應(yīng)能力力和魯棒性魯棒控制指的的是當(dāng)系統(tǒng)模模型包含不確確定性因素時(shí)時(shí)，仍然希望望控制系統(tǒng)始始終保持良好好性能的一種種控制方式。。近年出現(xiàn)的的設(shè)設(shè)計(jì)方法是魯魯棒控制的代代表。智能控制(IC)通過對系統(tǒng)特特征的描述和和提取，符號(hào)號(hào)和環(huán)境的識(shí)識(shí)別，知識(shí)庫庫和推理機(jī)的的開發(fā)以及控控制規(guī)律的在在線學(xué)習(xí)和修修正，對改善善液壓伺服系系統(tǒng)的控制性性能有巨大潛潛力。￥H◆◆◆B虛擬技術(shù)在液液壓行業(yè)中得得到應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實(shí)(VirtualReality)通常是指通過過頭盔顯示器器和傳感手套套等一系列新新型交互設(shè)備備構(gòu)造出的一一種計(jì)算機(jī)軟軟硬件環(huán)境，，操作者通過過這些設(shè)施以以自然的技能能向計(jì)算機(jī)送送入各種命令令，并得到計(jì)計(jì)算機(jī)對用戶戶的視覺、聽聽覺及嗅覺等等多種器官的的反饋。包括與計(jì)算機(jī)機(jī)系統(tǒng)有關(guān)的的具有自然模模擬、逼真體體驗(yàn)的技術(shù)與與方法。它最最主要的目標(biāo)標(biāo)就是真實(shí)的的體驗(yàn)和方便便的人機(jī)交互互。虛擬實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)統(tǒng)具有“沉浸浸（Immersion）”，“交互（Interaction）”和“想象（Imagination）”三個(gè)基本特征征。◆◆◆故障診斷技術(shù)術(shù)有了長足的的進(jìn)步并向智智能化發(fā)展。。軟測量(Soft-sensing)特點(diǎn)就是以計(jì)計(jì)算機(jī)和軟件件為核心，根根據(jù)某種最優(yōu)優(yōu)準(zhǔn)則，選擇擇比較容易測測得的一種或或幾種輔助變變量，來估計(jì)計(jì)不能直接測測量的主要變變量。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將促促進(jìn)流體傳動(dòng)動(dòng)行業(yè)多方面面的發(fā)展。通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)術(shù)，可以使液液壓氣動(dòng)產(chǎn)品品的設(shè)計(jì)、生生產(chǎn)、銷售和和用戶信息反反饋及時(shí)掛起起鉤來。用戶戶要求和設(shè)計(jì)計(jì)信息可傳給給設(shè)計(jì)部門，，設(shè)計(jì)結(jié)果通通過網(wǎng)絡(luò)傳達(dá)達(dá)到相應(yīng)的生生產(chǎn)部門及其其他機(jī)構(gòu)，可可以在網(wǎng)上就就出現(xiàn)的問題題交流看法和和提出建議，，最終實(shí)現(xiàn)整整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)計(jì)與生產(chǎn)過程程的無紙化、、文件的電子子化?？傊黧w傳動(dòng)動(dòng)與電子、計(jì)計(jì)算機(jī)、通信信等技術(shù)相結(jié)結(jié)合，大大促促進(jìn)了流體傳傳動(dòng)元件及系系統(tǒng)的發(fā)展。。流體傳動(dòng)及及控制技術(shù)已已經(jīng)成為現(xiàn)代代機(jī)械工程的的基本要素和和工程控制關(guān)關(guān)鍵技術(shù)之一一。三、未來展望有統(tǒng)計(jì)資料表表明：近20年來液壓技術(shù)術(shù)的發(fā)展來源源于自身的科科研成果僅約約20%，來源于其他他領(lǐng)域發(fā)明的的占50%，移植其它技技術(shù)研究成果果占30%，沒有任何一一種學(xué)科能關(guān)關(guān)起門來發(fā)展展，這也是所所有學(xué)科的共共同趨勢。未未來液壓技術(shù)術(shù)難有驚人的的技術(shù)突破，，應(yīng)當(dāng)主要靠靠現(xiàn)有技術(shù)的的改進(jìn)和擴(kuò)展展，不斷擴(kuò)大大其應(yīng)用領(lǐng)域域以滿足未來來的要求。其其主要的發(fā)展展趨勢將集中中在以下幾個(gè)個(gè)方面。1流體傳動(dòng)與控控制設(shè)備更加加注重其環(huán)保保性能◆◆◆◆污染環(huán)境是流流體傳動(dòng)工業(yè)業(yè)面臨的最大大挑戰(zhàn)之一，，也是妨礙它它與電氣和機(jī)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)有效競爭的的一大因素。。治理泄漏和降降低噪聲是液液壓系統(tǒng)需要要解決的兩大大問題。加大非石油基基液壓油的使使用力度。水壓技術(shù)將會(huì)會(huì)得到大力發(fā)發(fā)展。2節(jié)能降耗，提提高效率。◆◆◆廣泛采用在負(fù)負(fù)載敏感系統(tǒng)統(tǒng)，使之具有有流量適應(yīng)控控制和壓力自自動(dòng)補(bǔ)償功能能。發(fā)展變頻電機(jī)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及及二次調(diào)節(jié)技技術(shù)。輕量化、小小型化、節(jié)能能元器件。3更為集成化、、模塊化、智智能化和網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)化?！簟簟粲呻娮又苯涌乜刂频脑⒌玫綇V泛采采用借助現(xiàn)場總線線，實(shí)現(xiàn)高水水平的信息傳傳遞，可以對對流體傳動(dòng)及及控制大系統(tǒng)統(tǒng)實(shí)現(xiàn)綜合多多目標(biāo)最優(yōu)控控制——效率最