液壓伺服與比例控制系統(tǒng) 習題及答案匯 第1-9章

第一章習題答案1-1液壓伺服控制技術與液壓比例控制技術的區(qū)別與聯(lián)系體現(xiàn)在哪些方面？答：（見本章1.1.3液壓伺服技術與比例技術的區(qū)別和聯(lián)系）表1-2液壓伺服系統(tǒng)與液壓比例系統(tǒng)的比較液壓伺服系統(tǒng)液壓比例系統(tǒng)應用范圍采用伺服閥的系統(tǒng)采用比例方向閥的系統(tǒng)驅動裝置力馬達或力矩馬達比例電磁鐵性能參數(shù)頻帶寬、響應迅速頻帶較寬、響應稍遜側重點零位附近工作零位附近或大流量工況下工作閥芯結構及精度結構不具備互換性結構一般具有互換性閥額定壓降要求很高的閥口壓降無嚴格要求1-2液壓伺服與比例控制系統(tǒng)的工作原理是什么？答：液壓伺服與比例控制系統(tǒng)的工作原理就是反饋控制原理，即“檢測偏差用以糾正偏差”，利用反饋連接得到偏差信號，再利用偏差信號去控制液壓能源輸入到系統(tǒng)的能量，使系統(tǒng)朝著減小偏差的方向變化，從而使系統(tǒng)的實際輸出與期望值相符。（見本章1.2液壓伺服與比例控制系統(tǒng)的工作原理）1-3液壓伺服控制系統(tǒng)與液壓比例控制系統(tǒng)的組成有什么不同？答：液壓伺服控制系統(tǒng)：是一種閉環(huán)控制系統(tǒng)，能夠實時根據(jù)被控對象的反饋信號調整控制策略，以達到高精度的控制效果。主要由液壓源（液壓泵和液壓油箱）、液壓執(zhí)行元件（如液壓缸、液壓馬達）、液壓控制元件（如伺服閥）、傳感器（如位移傳感器、速度傳感器、壓力傳感器）和反饋系統(tǒng)（包括控制器和執(zhí)行器）等組成。傳感器將系統(tǒng)狀態(tài)轉換為電信號，為控制系統(tǒng)提供反饋信息；控制器根據(jù)反饋信息調整控制信號，通過伺服閥精確控制液壓油的流動，從而實現(xiàn)對機械運動的精確控制。液壓比例控制系統(tǒng)：可以是開環(huán)或閉環(huán)控制系統(tǒng)，但開環(huán)系統(tǒng)更為常見。主要由指令元件（如信號發(fā)生裝置或過程控制器）、比較元件（用于比較給定信號與反饋信號，得出偏差信號）、電控器（比例放大器，用于對控制信號進行功率放大和加工整形）、比例閥（將電信號轉換為液壓信號）和液壓執(zhí)行器（如液壓缸、液壓馬達）等組成。在開環(huán)系統(tǒng)中，沒有反饋環(huán)節(jié)，控制信號直接作用于比例閥，通過比例閥控制液壓油的流量或壓力，從而實現(xiàn)對被控對象的控制。在閉環(huán)系統(tǒng)中，則加入檢測反饋組件，形成閉環(huán)控制回路。1-4液壓控制系統(tǒng)與液壓傳動系統(tǒng)有什么不同？答：液壓伺服與比例控制系統(tǒng)與傳動系統(tǒng)相比，其特點體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）能夠實現(xiàn)自動調節(jié)，有穩(wěn)、快、準的性能指標要求；（2）精度高而響應快，性能優(yōu)于普通閥系統(tǒng)；（3）既可以用于隨動控制（伺服控制），又可以用于定值控制、程序控制；（4）比例控制系統(tǒng)既有開環(huán)控制，也有閉環(huán)控制；伺服系統(tǒng)均為閉環(huán)控制。比例控制系統(tǒng)更關注輸出與輸入成比例；伺服控制系統(tǒng)更關注輸出與輸入的隨動性能，可以不成比例。液壓伺服與比例控制系統(tǒng)與其他反饋控制系統(tǒng)相比，其特點體現(xiàn)在：（1）輸出力或轉矩大，布局靈活，能方便地實現(xiàn)直線與旋轉運動，易于實現(xiàn)多點動作的協(xié)調（包括輸出力、速度、行程和順序等）；（2）壓力、流量可控性好，能無級調速且調速范圍廣，工作平穩(wěn)且沖擊小，便于實現(xiàn)頻繁換向；（3）輸出力或轉矩易于監(jiān)測（通過壓力表等），易于實現(xiàn)過載保護、安全保護且過載時仍保持輸出力或轉矩不變。第二章習題答案為什么把液壓控制閥稱為液壓控制元件？答：液壓控制元件是一種以機械運動去控制流體流動的元件，在液壓伺服控制系統(tǒng)中，把輸入的機械信號（如位移、轉角）轉換為液壓信號（如流量、壓力）輸出，并進行功率放大。而液壓控制閥的基本功能就是控制液壓流體的流動方向、壓力和流量，它具有調節(jié)和控制的功能，所以液壓控制閥是液壓控制元件的一種。理想滑閥與實際滑閥有何區(qū)別？答：理想滑閥：a.零泄漏；b.理想的流量控制；c.無摩擦損失；d.響應靈敏。實際滑閥：a.泄漏；b.流量控制誤差；c.摩擦和磨損；d.響應延遲。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（或稱為閥的工作狀態(tài)）指的是閥在特定條件下的實際運行狀態(tài)閥芯位移、流量、壓力和其他相關參數(shù)。零位工作點的條件是。在計算系統(tǒng)穩(wěn)定性、響應特性和穩(wěn)態(tài)誤差時，應如何選定閥的系數(shù)？為什么？答：流量增益直接影響系統(tǒng)的開環(huán)增益，因而對系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應特性和穩(wěn)態(tài)誤差有直接的影響。壓力-流量系數(shù)直接影響閥控執(zhí)行元件（液壓動力元件）的阻尼比和速度剛度。壓力增益表示閥控執(zhí)行元件組合對大慣量或大摩擦力負載的啟動能力。選擇不同的系數(shù)可以優(yōu)化控制性能，減少調試和校正的復雜性。零遮蓋閥與負遮蓋閥、三通閥與四通閥的三個系數(shù)各有什么異同？為什么？答：零遮蓋閥和負遮蓋閥的主要區(qū)別在于它們對流體流量和壓力的控制特性以及在不同流量條件下的表現(xiàn)。三通閥和四通閥的主要區(qū)別在于它們的端口數(shù)量和流體流動控制功能，三通閥適用于簡單的流體分配，而四通閥適用于復雜的流體流動控制系統(tǒng)。徑向間隙對零遮蓋滑閥的靜態(tài)特性有什么影響？為什么要研究實際零遮蓋滑閥的泄漏特性？答：徑向間隙影響密封性能增加泄漏量，其次影響流體通過滑閥的流動特性，還會加速滑閥組件的磨損。泄漏特性影響流體的控制精度、系統(tǒng)效率和安全性，所以目的是優(yōu)化系統(tǒng)性能和可靠性。為什么說零遮蓋四邊滑閥的性能最好，但最難加工？答：零遮蓋四邊滑閥的四個邊都可以完全接觸密封面，避免了流體泄漏或流量控制的不穩(wěn)定性；開啟和關閉狀態(tài)下都能保持均勻的流量分布；減少了磨損可以延長使用壽命；有效防止流體泄漏提高系統(tǒng)的可靠性。什么是穩(wěn)態(tài)液動力？什么是瞬態(tài)液動力？答：穩(wěn)態(tài)液動力是指閥在閥口開度一定的情況下，液流穩(wěn)定流動時對閥芯的反作用力。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，引起閥腔內液流速度隨時間變化，其動量變化對閥芯產(chǎn)生的作用力。滑閥流量飽和的含義是什么？它對閥的特性有什么影響？在設計時如何避免？答：滑閥流量飽和是指滑閥在特定的操作條件下，其流量達到最大值，無法進一步增加控制信號或改變操作條件進一步提高流量的現(xiàn)象。流量控制能力降低；控制信號的非線性；系統(tǒng)響應不穩(wěn)定；系統(tǒng)效率降低。在設計時應合理選擇閥口尺寸、優(yōu)化設計、實時監(jiān)測以及定期維修，可以有效避免滑閥流量飽和，從而確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能。求出零遮蓋雙邊滑閥的最大功率點和最大功率。答：根據(jù)負載功率隨負載壓降變化曲線可得，當時，；當時，。通過，可求得輸出功率為最大時的值為。閥在最大開度和閥在壓力時，最大輸出功率為。如何表示閥的規(guī)格？零遮蓋四邊滑閥的負載壓降為什么要限制到？答：閥的規(guī)格通常以詳細的參數(shù)來描述其功能、尺寸、壓力等級等。常見參數(shù)有流量、壓力、通徑、功能、控制方式等。因為在時，整個液壓伺服系統(tǒng)的效率最高，同時閥的輸出功率也最大。有一零遮蓋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：對于全開口的閥，由零開口四邊滑閥零位系數(shù)已知一負遮蓋量的四邊滑閥，在供油壓力下測得零位泄漏量，求閥的三個零位系數(shù)。解：負遮蓋四邊滑閥零位系數(shù)一零遮蓋全周通油的四邊滑閥，其直徑，供油壓力，最大開口量，求最大空載穩(wěn)態(tài)液動力。解：全開口的閥最大空載液動力有一閥控系統(tǒng)，閥為零遮蓋四邊滑閥，供油壓力，系統(tǒng)穩(wěn)定性要求閥的流量增益。試設計計算滑閥的直徑和最大開口量，計算時取流量系數(shù)，油液密度。解：零遮蓋四邊滑閥的流量增益：全周開口滑閥不產(chǎn)生流量飽和條件已知一雙噴嘴擋板閥，供油壓力，零位泄漏流量，設計計算、、，并求出零位系數(shù)。計算時取，，。解：由零位泄漏量第三章習題答案3-1解釋式中等號右側各項分母乘以后所代表的意義。答：第1項是慣性力變化引起的壓縮流量所產(chǎn)生的活塞速度；第2項是慣性力引起的泄漏流量所產(chǎn)生的活塞速度；第3項是黏性力變化引起的壓縮流量所產(chǎn)生的活塞速度；第4項是活塞運動速度；第5項是黏性力引起的泄漏流量所產(chǎn)生的活塞速度；第6項是彈性力變化引起的壓縮流量所產(chǎn)生的活塞速度；第7項是彈性力引起的泄漏流量所產(chǎn)生的活塞速度。3-2液壓固有頻率和液壓缸活塞位置有關，在計算系統(tǒng)穩(wěn)定性時，四通閥控制液壓缸應取活塞的什么位置，為什么？答：在計算系統(tǒng)穩(wěn)定性時，四通閥控制液壓缸應取活塞的中間位置。?當活塞位于中間位置時，液體壓縮性影響最大，動力元件固有頻率最低，阻尼比最小，此時系統(tǒng)的穩(wěn)定性最差。這是因為活塞在中間位置時，液壓缸工作腔中的油液壓縮性所形成的液壓彈簧與負載質量相互作用，導致液壓固有頻率降低，從而影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，在分析系統(tǒng)的頻率響應和進行穩(wěn)定性計算時，選擇活塞的中間位置作為參考點，可以更準確地評估系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應特性。3-3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?是指在液壓缸兩腔完全封閉的情況下，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完全封閉的情況下推導出來的，但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泄露來不及起作用，相當于一種封閉狀態(tài)，因此液壓彈簧剛度應理解為動態(tài)剛度?。3-4為什么液壓動力元件可以得到較大的固有頻率？答：，由式子可知，增大固有頻率的方法很多：1）可以通過增大液壓缸的面積，2）減小總壓縮比，3）減小折算到活塞上的總質量，和4）提高油液的有效體積彈性模量。3-5為什么說液壓阻尼比是一個軟量？提高阻尼比的方法有哪些？它們有什么特點？答：中由和決定，較小的多可忽略。中較小的多，故由值決定。隨工作點不同會有很大的變化。其變化范圍達20~30倍，所以是一個難以準確估計的軟量。提高阻尼比方法，及其優(yōu)缺點入下：（1）設置旁路泄露通道。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)剛度，增加外負載力引起的誤差。另外，系統(tǒng)性能受溫度變化影響較大。（2）采用正開口閥。可以增加阻尼，但也要使系統(tǒng)剛度降低，而且零位泄露量引起的功率損失比第一種辦法還打，并且會帶來非線性流量增益，穩(wěn)態(tài)液動變化等問題。（3）增加負載的粘性阻尼。需要另外設置阻尼器，增加了結構的復雜性。3-6簡述泵控對稱液壓缸系統(tǒng)原理。答：泵控對稱缸系統(tǒng)由電機同軸驅動定量泵，定量泵吸排油口直接連接液壓缸兩負載油口，通過控制電機的轉速與轉矩，來調整液壓缸的輸出位移、輸出速度與輸出力等。3-7何謂負載匹配？滿足什么條件才算最佳匹配？答：1）負載匹配定義：根據(jù)負載軌跡來進行負載匹配時，只要使動力元件的輸出持性曲線能夠包圍負載軌跡，同時使輸出特性曲線與負載軌跡之間的區(qū)域盡量小，便認為液壓動力元件與負載相匹配。2）如果動力元件的輸出特性曲線不但包圍負載軌跡，而且動力元件的最大功率點與負載的最大功率點重合，就認為動力與負載是最佳匹配。3-8滿足什么條件才能得到泵控液壓馬達的最佳匹配？答：計算閥控液壓馬達組合的動力元件時，只要將上述計算方法中液壓缸的有效面積A換成液壓馬達的排量D，負載力FL換成負載力矩TL，負載速度換成液壓馬達的角速度，就可以得到相應的計算公式。3-9有一四邊滑閥控制的雙作用液壓缸，直接拖動負載做簡諧運動。已知：供油壓力，負載質量，負載位移規(guī)律為，負載移動的最大振幅，角頻率。試根據(jù)最佳負載匹配原則求液壓缸面積和四邊滑閥的最大開口面積。計算時，取流量系數(shù)，工作介質密度。答：有負載位移規(guī)律，得負載速度，負載力，就負載功率，當，。如負載匹配正確，就此時，液壓缸活塞面積為最大空載流量最大開口面積第四章習題答案4-1什么是機液控制系統(tǒng)？機液控制系統(tǒng)有什么優(yōu)缺點?答：由機械反饋裝置(如杠桿、齒輪、螺母—螺桿和凸輪等)和液壓動力元件所組成的反饋控制系統(tǒng)稱為機械液壓控制系統(tǒng)；優(yōu)點：機液控制系統(tǒng)結構簡單、工作可靠、使用維護比較容易；缺點：由于沒有伺服放大器，系統(tǒng)增益的調整極為不便，對動力機構的速度放大系數(shù)要求嚴格；并且機械反饋裝置帶來了間隙、摩擦和剛度等影響。4-2為什么常把機液位置控制系統(tǒng)稱為力放大器或助力器?答：系統(tǒng)輸入信號較小，通過液壓放大元件和動力元件輸出液壓功率遠大于輸入功率，能實現(xiàn)功率放大。4-3為什么機液位置控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應速度和控制精度由液壓動力組元件的特性所決定？答：機液伺服系統(tǒng)中沒有伺服放大器，系統(tǒng)開環(huán)放大系數(shù)就只能由動力元件參數(shù)所確定，所以系統(tǒng)的動態(tài)特性也由動力元件確定。4-4為什么在機液位置控制系統(tǒng)中，閥流量增益很重要?答：系統(tǒng)的穩(wěn)定性是系統(tǒng)能夠可靠工作的保證，是伺服系統(tǒng)最重要的特性，機液位置伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性條件是：，Kq值大小決定系統(tǒng)穩(wěn)定性。4-5低阻尼對液壓控制的穩(wěn)定性有什么影響?答：低阻尼使得液壓系統(tǒng)幅值裕量不足，相角裕量有余，系統(tǒng)不易穩(wěn)定，振動較強。提高阻尼比的方法：1、增加控制閥或油缸泄漏，方法簡單，浪費功率；增加油缸阻尼負載，有效提高阻尼比，不易實現(xiàn)；采取反饋校正的方法，容易實現(xiàn)，調試困難。4-6考慮結構剛度的影響時，如何從物理意義上理解綜合剛度？答：結構剛度與負載質量組成一個結構諧振系統(tǒng)。而結構諧振與液壓諧振相耦合，又形成一個液壓－機械諧振系統(tǒng)，這個剛度為綜合剛度。4-7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：半閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性好于全閉環(huán)系統(tǒng)，但是精度較差。4-8反饋剛度對系統(tǒng)穩(wěn)定性有什么影響?答：由于綜合頻率總是低于液壓固有頻率，并且綜合頻率隨反饋剛度的降低而降低，致使系統(tǒng)穩(wěn)定性變壞，可見為增加穩(wěn)定性就要盡可能增大反饋剛度值。4-9為什么機液控制系統(tǒng)多用在精度和響應速度要求不高的場合？答：機液伺服系統(tǒng)沒有放大器，系統(tǒng)開環(huán)放大系數(shù)受到閥的流量增益限制，所以不能按照要求提高很多，故多用在精度和響應速度要求不高的場合。4-10有一外反饋機液控制系統(tǒng)如圖4-22所示，a=b，輸入量為，輸出量為，負載質量為，反饋系數(shù)略去泄漏及壓縮的影響。請寫出系統(tǒng)的基本方程，畫出框圖，并推導出系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)。答：4-11在題4-10中，如果不忽略泄漏和壓縮，而負載除質量外還有阻尼。試繪出系統(tǒng)伯德圖，并標出幅值裕度和相位裕度答：機液位置伺服系統(tǒng)波德圖其中：，，Kg是幅值裕量，γ是相角裕量。4-12如圖4-23所示機液控制，閥的流量增益為，流量壓力系數(shù)，活塞面積，活塞桿與負載連接剛度，負載質量，總壓縮容積，油的有效體積彈性模數(shù)，閥的輸入位移，活塞輸出位移，求試繪出系統(tǒng)的框圖并計算系統(tǒng)的穩(wěn)定性條件。答：由圖可知，該系統(tǒng)為半閉環(huán)系統(tǒng)，且半閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定條件為其中：綜合阻尼比綜合諧振頻率結構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)總而言之，將各系數(shù)帶入不等式，可得到系統(tǒng)穩(wěn)定條件：圖4－22外反饋機液伺服系統(tǒng)結構原理圖圖4－23考慮連接剛度時機液伺服系統(tǒng)4-13如圖4-24所示的機液控制，a=b，不計各種負載，假設油液是不可壓縮的，液壓缸活塞有效面積m2，行程m，負載質量kg，節(jié)流窗口面積梯度m，連接剛度N/m2，供油壓力MPa，閥口流量系數(shù)，油液密度kg/m3。完成以下任務：(1)繪制系統(tǒng)框圖；(2)計算系統(tǒng)的液壓固有頻率；(3)計算閉環(huán)幅值比下降到0.7時的工作頻率及相位滯后。答：圖4－24考慮反饋剛度kf的機液伺服系統(tǒng)圖4－25機液位置伺服系統(tǒng)4-14如圖4-25所示的機液位置控制，供油壓力MPa，節(jié)流窗口面積梯度m，液壓缸活塞有效面積m2，液壓固有頻率rad/s，液壓阻尼比=0.2。完成以下任務：(1)當幅值裕度為6dB時，反饋系數(shù)是多少？(2)若幅值裕度為6dB，總流量—壓力系數(shù)m3/(Pas)，外負載力N，由此引起的位置誤差(計算時，取，kg/m3)。答：將參數(shù)帶入即可。第五章習題答案5-1電液伺服閥由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？答：電液伺服閥通常由力矩馬達（或力馬達）、液壓放大器、反饋機構（或平衡機構）三部分組成。力矩馬達或力馬達的作用是輸入的電氣控制信號轉換為力矩或力，控制液壓放大器運動。液壓放大器的運動去控制液壓油源流向執(zhí)行機構的流量或者壓力。液壓放大器將力矩馬達或力馬達的輸出放大。反饋機構或平衡機構的作用是使伺服閥的輸出流量或輸出壓力獲得與輸入電氣信號成比例的特性。5-2與電液伺服閥相比，電液比例閥的優(yōu)勢有哪些？答：電液比例閥價格低，抗污染性好，容易組成使用電氣及計算機控制的各種電液系統(tǒng)，控制精度高，安裝使用靈活。5-3比例流量閥的分類？答：按控制和反饋理論分：有比例節(jié)流閥和比例伺服閥；按信號和液流方向特點分：有單向比例流量閥和雙向比例流量伺服閥；按控制的級數(shù)和流量規(guī)格分：有單級閥，二級閥，三級閥。第六章習題答案6-1力反饋兩級電液伺服閥的傳遞函數(shù)可簡化成什么環(huán)節(jié)？答：伺服閥的動態(tài)響應往往高于動力元件的動態(tài)響應，一般可簡化成二階振蕩環(huán)節(jié)。如伺服閥二階環(huán)節(jié)的固有頻率高于動力元件的固有頻率，伺服閥的傳遞函數(shù)還可以簡化成一階慣性環(huán)節(jié)。當伺服閥的固有頻率遠大于動力元件的固有頻率，伺服閥可以看成比例環(huán)節(jié)。6-2已知電液伺服閥在線性區(qū)域內工作時，輸入差動電流Δi=10mA，負載壓力PL=20×105Pa，負載流量qL=60L/min，求此電液伺服閥的流量增益及壓力增益。答：電液伺服閥的流量增益為：壓力增益6-3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為。要求液壓缸輸出力，伺服閥輸入電流為多少？答：負載壓力，則伺服閥輸入電流。6-4已知電液伺服閥額定流量為10L /min，額定壓力為210×105Pa，額定電流10mA，功率滑閥為零開口四邊滑閥，其零位泄漏流量為額定流量的4%，伺服閥掌握的雙作用液壓缸Ap=20×10-4m2，當伺服閥輸入電流為0.1mA時，求液壓缸最大輸出速度和最大輸出力。答：流量增益：流量-壓力系數(shù)：壓力增益：負載流量：液壓缸最大輸出速度為：最大輸出力為：第七章習題答案7-1一般液壓位置伺服系統(tǒng)提高頻寬的限制是什么？為什么？答：頻寬是伺服閥響應速度的度量。伺服閥的頻寬應根據(jù)系統(tǒng)的實際需要加以確定,頻寬過低會限制系統(tǒng)的響應速度,過高會使高頻干擾傳到負載上去。7-2電液伺服閥傳遞函數(shù)確定的依據(jù)是什么？可以將電液伺服閥傳遞函數(shù)近似為哪些環(huán)節(jié)？答：電液伺服閥的傳遞函數(shù)采用什么形式,取決于動力元件的液壓固有頻率的大小。當伺服閥的頻寬與液壓固有頻率相近時,伺服閥可近似地看成二階振蕩環(huán)節(jié)；當伺服閥的頻寬大于液壓固有頻率(3～5倍)時，伺服閥可近似看成慣性環(huán)節(jié)；當伺服閥的頻寬遠大于液壓固有頻率(5～10倍)時,伺服閥可近似看成比例環(huán)節(jié)。7-3液壓位置控制系統(tǒng)位置誤差包括那幾部分？主要由什么產(chǎn)生的？答：控制系統(tǒng)誤差包括穩(wěn)態(tài)誤差和靜態(tài)誤差兩個方面。穩(wěn)態(tài)誤差：液壓控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差包括對輸入信號穩(wěn)態(tài)誤差和對干擾信號穩(wěn)態(tài)誤差。靜態(tài)誤差：液壓動力機構死區(qū)及伺服閥死區(qū)產(chǎn)生的靜態(tài)誤差，伺服閥與伺服放大器零漂產(chǎn)生的靜態(tài)誤差和測量元件的零位誤差。7-4在電液位置伺服系統(tǒng)中，影響系統(tǒng)精度的因素有哪些？如何計算穩(wěn)態(tài)誤差？答：系統(tǒng)中各個元件的誤差都會影響到系統(tǒng)的精度,如傳感器的靈敏度和精度、伺服放大器的零點漂移和死區(qū)誤差、機械裝置中的反向間隙和傳動誤差、各元器件的非線性因素等。液壓控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差包括對指令輸入引起的穩(wěn)態(tài)誤差和負載干擾力引起的穩(wěn)態(tài)誤差。對指令輸入引起的穩(wěn)態(tài)誤差為其中，階躍響應穩(wěn)態(tài)誤差為斜坡響應穩(wěn)態(tài)誤差為等加速度響應的穩(wěn)態(tài)誤差為負載干擾力引起的穩(wěn)態(tài)誤差7-5滯后校正的作用是什么？什么情況下采用它比較合適？答：滯后校正的主要作用是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。滯后網(wǎng)絡是一個低通濾波器，利用它的高頻衰減特性，可以在保持系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下，提高系統(tǒng)的低頻增益，改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能，或者在保證系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度的條件下，降低系統(tǒng)的高頻增益，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。滯后校正利用的是高頻衰減特性，而不是相位滯后。在阻尼比較小的液壓伺服系統(tǒng)中，提高系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度的限制因素是增益裕量，而不是相位裕量，因此采用滯后校正是合適的。7-6試簡述滯后校正參數(shù)的確定方法，滯后校正裝置參數(shù)對系統(tǒng)有哪些影響？答：首先調整系統(tǒng)的速度放大系數(shù)，保證系統(tǒng)有足夠的穩(wěn)定裕量，；其次計算系統(tǒng)是否滿足穩(wěn)定精度要求，若滿足，則無需再調整，若不滿足，在此基礎上，將速度放大系數(shù)增大至滿足穩(wěn)態(tài)精度；最后加入滯后校正，使幅頻特性曲線在保持中高頻不變的前提下（保持穩(wěn)定裕量），提高低頻（提高穩(wěn)態(tài)精度），最終。求得最終校正環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)為滯后校正使速度放大系數(shù)提高倍，因此使速度誤差減小倍。提高了閉環(huán)剛度，減小了負載誤差。由于回路增益提高，減小了元件參數(shù)變化和非線性影響。但滯后校正降低了穿越頻率，使穿越頻率兩側的相位滯后增大，特別是低頻側相位滯后較大。7-7位置伺服系統(tǒng)采用加速度反饋校正的作用是什么？采用速度反饋校正的作用又是什么？加速度和速度反饋校正的限制條件是什么？答：速度反饋校正的主要作用是提高系統(tǒng)的液壓固有頻率，即系統(tǒng)的靜態(tài)剛度，減少速度反饋回路內的干擾和非線性的影響，提高系統(tǒng)的靜態(tài)精度。加速度反饋主要是提高系統(tǒng)的液壓阻尼比，低阻尼是限制液壓伺服系統(tǒng)性能指標的主要原因，如果能提高阻尼比，系統(tǒng)的性能可以得到顯著的改善。加速度反饋提高了系統(tǒng)的阻尼比，速度反饋提高了系統(tǒng)的固有頻率，但降低了開環(huán)增益和阻尼。如果同時采用速度反饋與加速度反饋，通過調整前向通道中放大器增益，把系統(tǒng)增益調到合適的位置，再調整反饋通道中速度與加速度反饋增益，把系統(tǒng)固有頻率和阻尼比調到合適的數(shù)值，系統(tǒng)的動態(tài)及靜態(tài)指標就能全面地得到改善。由于受到速度和加速度反饋回路穩(wěn)定性的限制，液壓固有頻率和液壓阻尼比不能無限增大。7-8壓力反饋校正和動壓反饋校正的作用是什么？壓力反饋校正和動壓反饋校正的限制條件是什么？答：采用壓力反饋和動壓反饋校正的目的是提高系統(tǒng)阻尼。負載壓力隨系統(tǒng)的動態(tài)而變化，當系統(tǒng)振動加劇時，負載壓力增大。如果將負載壓力加以反饋，使系統(tǒng)的輸入流量減少，則系統(tǒng)的振動將減弱，起到增加系統(tǒng)阻尼的作用。采用壓力負反饋校正和動壓反饋校正均可提高系統(tǒng)的液壓阻尼比，但需要注意在推導過程中，我們將伺服閥簡化為比例環(huán)節(jié)，當系統(tǒng)固有頻率隨著校正不斷提高，不滿足小于5~10倍伺服閥頻寬時，伺服閥不能簡化為比例環(huán)節(jié)，從而導致前面推導失效，因此當伺服閥帶寬遠大于液壓固有頻率時，速度或加速度反饋有效，反之，無效。7-9位置伺服系統(tǒng)的閉環(huán)剛度經(jīng)滯后校正后提高了還是降低了？經(jīng)壓力反饋校正后又如何？為什么？答：滯后校正使速度放大系數(shù)提高倍，因此使速度誤差減小倍。提高了閉環(huán)剛度，減小了負載誤差。壓力反饋校正是通過增加系統(tǒng)的總流量-壓力系數(shù)來提高液壓阻尼比。顯然，壓力反饋校正降低了系統(tǒng)的靜態(tài)速度剛度。7-10試給出電液位置伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定條件，并試求當液壓固有頻率，液壓阻尼比時系統(tǒng)處于臨界穩(wěn)定時的開環(huán)增益？答：為保證系統(tǒng)可靠穩(wěn)定工作，要求系統(tǒng)有適當?shù)姆€(wěn)定裕量。通常相位裕量應在30°~60°之間（一般選45°），增益裕量應大于6dB如果取，則有；如果取相位裕量，可得；取兩者最小值時就能滿足要求；將，代入，分別得到，綜上，7-11（略）7-12（略）7-13（略）7-14（略）7-15簡述電液速度伺服系統(tǒng)的構成及其控制方式，它們之間有何區(qū)別？答：電液速度控制系統(tǒng)一般由放大器（伺服、比例、積分）、電液伺服閥，傳感器和執(zhí)行元件（液壓缸、液壓馬達）組成。根據(jù)控制方式，可以分為液壓缸輸出速度控制控制系統(tǒng)和液壓馬達輸出轉速控制系統(tǒng)，就液壓馬達輸出轉速控制系統(tǒng)而言，又可分為：(1)閥控液壓馬達速度控制系統(tǒng)，為了確保系統(tǒng)穩(wěn)定正常工作，必須加入積分放大器。(2)泵控液壓馬達開環(huán)速度控制系統(tǒng)，由變量泵和液壓馬達組成，只有泵擺角位置系統(tǒng)的閉環(huán)，沒有馬達旋轉速度的閉環(huán)，缺點是速度控制受溫度、負載變化影響。(3)泵控液壓馬達閉環(huán)速度控制系統(tǒng)，在泵控液壓馬達開環(huán)速度控制系統(tǒng)的基礎上，加入液壓馬達角速度閉環(huán)。(4)位置開環(huán)泵控液壓馬達閉環(huán)速度控制系統(tǒng)，它是在泵控液壓馬達速度控制系統(tǒng)中，去掉擺角泵位置閉環(huán)控制，保留液壓馬達角速度控制回路的系統(tǒng)。7-16電液速度伺服系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，如果采用液壓缸，會有什么問題？答：只能輸出速度，不能輸出轉速。7-17電液速度伺服系統(tǒng)為什么需要加校正裝置？答：未校正的速度控制系統(tǒng)是一個零型有差系統(tǒng)，對速度階躍輸入是有差的，相位裕量很小，特別在阻尼比較小時更是如此。如果在和之間有其他被忽略的環(huán)節(jié)，如伺服閥這類環(huán)節(jié)，系統(tǒng)將不穩(wěn)定。因此速度控制系統(tǒng)必須加校正才能穩(wěn)定工作。7-18電液速度伺服系統(tǒng)，在什么條件下采用泵控液壓馬達或閥控液壓馬達控制方式？答：閥控馬達系統(tǒng)一般用于小功率系統(tǒng)，泵控馬達系統(tǒng)一般用于大功率系統(tǒng)。7-19（略）7-20（略）7-21設電液速度控制系統(tǒng)，可用圖7-47框圖描述。試分析該系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并通過加入積分校正使系統(tǒng)具有剪切頻率。圖7-46電液速度控制系統(tǒng)（題7-16圖）答：根據(jù)圖7-46可得他的開環(huán)增益，則其Simulink仿真模型如下圖3所示。圖3電液速度控制系統(tǒng)仿真模型通過仿真計算可得其開環(huán)頻率特性、單位階躍響應如圖4所示。圖4開環(huán)頻率特性由圖可知該系統(tǒng)以-80dB的速度穿越0dB線，幅值裕度，相位裕度為，系統(tǒng)穩(wěn)定。為進一步提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，加入如下圖所示積分環(huán)節(jié)，積分常數(shù)為圖5校正后的系統(tǒng)模型校正后伯德圖如下圖所示。圖6校正后系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性圖中，該系統(tǒng)以-20dB的速度穿過0dB線，幅值裕度，相角裕度，剪切頻率，速度控制為穩(wěn)定系統(tǒng)。7-22通?？蓪⒘刂葡到y(tǒng)分為哪兩種？它們有什么特點？答：通常將力控制系統(tǒng)分為被動式力控制系統(tǒng)和主動式力控制系統(tǒng)兩種。被動式力控制系統(tǒng)的特點是輸人信號是負載運動量的函數(shù)，簡稱為加載系統(tǒng)。主動式力控制系統(tǒng)的特點是輸人信號與負載運動量無關。7-23什么叫負載力控制系統(tǒng)？什么叫驅動力控制系統(tǒng)？它們之間有何區(qū)別？答：兩者都是主動式力控制系統(tǒng)。在主動式力控制系統(tǒng)中，如果力的檢測量不包括負載質量力時，則稱為主動式檢測負載力的力控制系統(tǒng)，簡稱為負載力控制系統(tǒng)，如果力的檢測包括負載質量力時，則稱為驅動力控制系統(tǒng)。負載力控制系統(tǒng)與驅動力控制系統(tǒng)的主要區(qū)別是力傳感器檢測的位置不同而已，驅動力控制系統(tǒng)所檢測的力是液壓缸的輸出力，而負載力所檢測的力是負載所產(chǎn)生的力。7-24（略）7-25設驅動力控制系統(tǒng)可框圖7-47描述，試根據(jù)結構不變原理消除液壓缸位移對系統(tǒng)性能的影響。圖7-47驅動力控制系統(tǒng)框圖（題7-19圖）答：當電液伺服閥可以近似為比例環(huán)節(jié)時，可以通過設置補償器，以消除負載剛度和負載質量的影響。這種校正法稱為結構不變原理校正法，如下圖所示為加入結構不變性原理后系統(tǒng)框圖，其中。圖7加入結構不變性原理后系統(tǒng)框圖第八章習題答案8-1液壓系統(tǒng)和電液伺服與比例控制系統(tǒng)有著怎樣的關系？電液伺服與比例控制系統(tǒng)應如何設計？答：電液伺服與比例控制系統(tǒng)是液壓系統(tǒng)與控制技術、電子技術融合而形成的系統(tǒng)；電液伺服與比例控制系統(tǒng)的設計步聚大致包括：明確設計要求、控制方案擬定、動力組件匹配、動態(tài)特性仿真、系統(tǒng)綜合校正、液壓油源選取六個步聚。在設計過程中，以上各步驟的順序不是一成不變的，很可能是交叉和反復迭代的，直至獲得滿意的結果為止。8-2執(zhí)行元件要有足夠大的液壓固有頻率和合適的液壓阻尼比，其中液壓固有頻率和系統(tǒng)的哪些物理量有關？答：液壓固有頻率包含有效體積彈性模量、液壓缸活塞有效面積、總壓縮容積（包括閥、連接管道以及液壓缸容腔）、活塞及負載折算到活塞上的總質量。8-3位置控制系統(tǒng)都有哪些校正方法？答：優(yōu)先選用超前（PD）、滯后（PI）、超前-滯后（PID）等串聯(lián)校正方法中的一種。若性能仍無法達到系統(tǒng)設計要求，可再引入速度反饋、加速度反饋、壓力反饋或動壓反饋等反饋校正中的一種或兩種。若此電液位置控制系統(tǒng)為隨動系統(tǒng)，還可引入速度順饋、加速度順饋等順饋校正方法，以提升動態(tài)跟隨精度。8-4常用的電液伺服與比例控制系統(tǒng)的液壓油源需要具備怎樣的條件？常用的液壓油源形式有哪些？答：它能夠有效地為系統(tǒng)執(zhí)行元件供給所需的流量和壓力，并能夠對液壓系統(tǒng)的壓力、油溫、污染度等進行有效的檢測；包括：定量泵-蓄能器-溢流閥的恒壓源、恒壓變量泵-蓄能器-安全閥的恒壓源、伺服電機定量泵-蓄能器-安全閥的恒壓源。8-5蓄能器在液壓系統(tǒng)中的作用是什么？答：蓄能器主要用于儲存液壓能量、吸收壓力脈動、平衡液壓系統(tǒng)壓力，并且在需要時提供應急動力。8-6伺服閥放大器的選取需要考慮哪幾個方面？答：以下6點：1)具有與控制器輸出電壓（電流）信號、伺服閥驅動電流信號相匹配的放大系數(shù)（mA/V）。2)具有足夠的輸出功率。3)輸出信號應具有飽和（限幅）特性，當出現(xiàn)大偏差信號時，將輸出給伺服閥的驅動電流限制在允許范圍內，以保護伺服閥。4)零點漂移小，線性度好。5)具有快速的頻率響應特性。6)具有較好的輸入/輸出線性增益，零偏和增益調節(jié)方便，線路可靠。8-7伺服閥放大器和比例閥放大器分別驅動什么元件？答案：伺服閥放大器用于驅動電液伺服閥的力矩馬達或力馬達，比例閥放大器用于驅動電液比例閥的比例電磁鐵。8-8在本章介紹的控制器中，哪種可以實現(xiàn)與MATLAB/Simulink的聯(lián)合仿真？答案：DSP芯片控制器、dSPACE控制器、工控機、倍?？刂破?、Speedgoat控制器。8-9動力組件常用的計算方法有哪些？負載匹配的原則是什么？答案：負載匹配圖解、工程近似計算、固有頻率計算；使動力組件的輸出特性曲線完全包圍負載軌跡，同時使輸出特性曲線與負載軌跡之間的區(qū)域盡量小，就可認為動力組件與負載相匹配。如果動力組件的輸出特性曲線不但包圍負載軌跡，而且動力組件的最大功率點與負載的最大功率點相重合，就認為動力組件與負載是最佳匹配。第九章習題答案9-1250kN結晶器液壓振動系統(tǒng)特性仿真分析：（由于符合題目要求工況的元件選擇具有多種情況不具有唯一性，此答案僅供參考，）答：選取系統(tǒng)的液壓控制元件和執(zhí)行元件，放大器及傳感器。選擇軸向斜盤式柱塞泵，型號為10SCY14-1B，其排量為25ml/r，額定轉速為1500r/min，容積效率約為95%。選擇Rexroth公司四通伺服閥選擇MTS公司生產(chǎn)的磁致伸縮位移傳感器，型號為:RHM-0050M-D60-1-V21。選取溢流閥為Y2型電磁溢流閥，額定流量為：100L/min；額定壓力：32MPa；通徑為：20mm。根據(jù)選擇的元件進行參數(shù)計算，結果如下表所示：參數(shù)數(shù)值無桿腔面積流量增益液壓缸阻尼比液壓缸固有頻率伺服閥放大器增益伺服閥流量壓力系數(shù)伺服閥固有頻率伺服閥阻尼比伺服閥流量增益位移傳感器增益數(shù)學模型搭建根據(jù)上述參數(shù)表，搭建模型如下通過MATLAB分析得出系統(tǒng)的時間響應曲線和頻率響應曲線，得出該系統(tǒng)的頻寬頻寬：PID對系統(tǒng)參數(shù)的影響P=5P=10P=20P=40I=10I=50I=100I=200圖4PID對系統(tǒng)的影響PID控制器的作用包括以下幾個方面：=1\*GB3①比例控制：根據(jù)誤差的大小來調整控制信號的大小，以快速響應系統(tǒng)的變化。=2\*GB3②積分控制：對誤差進行積分，以消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。=3\*GB3③微分控制：對誤差的變化率進行微分，以預測系統(tǒng)的變化趨勢，提前調整控制信號，減小系統(tǒng)的超調量。4)影響閥控缸系統(tǒng)頻率特性的參數(shù)提高系統(tǒng)的剛度、減少管路長度、減小負載慣量，選擇動態(tài)性能較好的伺服閥可以提高系統(tǒng)頻率特性。系統(tǒng)剛度的提高可以通過優(yōu)化液壓油、減少油液壓縮性、縮短液壓管路長度等方式實現(xiàn)。伺服閥的選擇需要注意自然頻率的高低和開口增益的大小，閥的動態(tài)特性直接決定了系統(tǒng)的頻帶寬度。

9-21500軋機串輥液壓控制系統(tǒng)仿真分析：（由于符合題目要求工況的元件選擇具有多種情況，不具有唯一性，此答案僅供參考）答：1）選取系統(tǒng)的液壓控制元件和執(zhí)行元件，放大器及傳感器。根據(jù)參數(shù)要求，選取系統(tǒng)各元件如下：控制元件伺服閥：D634-383C/R24KO2M0NSX2執(zhí)行元件液壓缸：φ200/φ100/100。伺服閥放大器：G122-825。位移傳感器：MTSRH系列傳感器。根據(jù)選擇的元件進行參數(shù)計算，結果如下表所示：參數(shù)數(shù)值無桿腔面積液壓缸固有頻率液壓缸固有頻率伺服閥放大器增益伺服閥流量壓力系數(shù)伺服閥固有頻率伺服閥阻尼比伺服閥增益位移傳感器增益2）建立系統(tǒng)數(shù)學模型。3）通過MATLAB軟件分析系統(tǒng)的動態(tài)特性，時間響應曲線和頻率響應曲線，得出系統(tǒng)的頻寬。通過MATLAB及系統(tǒng)數(shù)學模型，搭建仿真模型如下：得到系統(tǒng)閉環(huán)Bode圖如下：通過計算，得到系統(tǒng)頻寬為2.77。4）分析PID參數(shù)對系統(tǒng)特性影響。增加P增益會提高系統(tǒng)的響應速度，能夠更快地使輸出達到設定值。較高的P增益能減小穩(wěn)態(tài)誤差，使系統(tǒng)輸出更接近期望值。如果P增益過大，系統(tǒng)可能出現(xiàn)振蕩，甚至導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。積分作用的主要功能是消除穩(wěn)態(tài)誤差。當系統(tǒng)長時間偏離設定值時，積分作用會累積誤差并調整輸出，以確保系統(tǒng)最終達到設定值。過高的I增益會導致系統(tǒng)響應變慢，并且容易引入超調。較高的I增益會導致超調，甚至引發(fā)持續(xù)的振蕩，因為積分作用可能會過度糾正偏差。微分作用可以預測系統(tǒng)的變化趨勢，通過抵消快速變化的誤差來抑制系統(tǒng)振蕩，增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性。過高的D增益會導致系統(tǒng)對噪聲過于敏感，從而導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。當調節(jié)P和D可以實現(xiàn)快速響應和減少超調。通過調整I增益，可以消除穩(wěn)態(tài)誤差，確保系統(tǒng)最終達到設定值。5）總結影響閥控缸系統(tǒng)頻率特性的參數(shù)，并總結規(guī)律。慣性和阻尼：負載慣性越小，阻尼越適中，頻率特性越高。閥門特性：閥門動態(tài)響應越快，系統(tǒng)頻率特性越高?？刂撇呗裕汉侠碚{整PID參數(shù)能夠提高頻率特性，尤其是比例增益（P）和微分增益（D）的設置。油液特性：液壓油壓縮性越小，溫度和黏度控制良好時，頻率特性更好。系統(tǒng)設計：優(yōu)化管路設計和減少泄漏能有效提升系統(tǒng)的頻率響應特性。

9-3液壓飛剪速度伺服控制系統(tǒng)仿真分析：（由于符合題目要求工況的元件選擇具有多種情況，不具有唯一性，此答案僅供參考）答：系統(tǒng)計算及原理設計。①液壓馬達排量：系統(tǒng)供油壓力為31.5Mpa,則負載壓力為,則液壓馬達排量為：取標準液壓馬達DMQ系列徑向柱塞馬達，總壓縮容積。查得，，負載總慣量為，液壓固有頻率。假定Bm=0，取液壓馬達泄露系數(shù)。閥的流量-壓力系數(shù)應取工作范圍內的最小值，因為，所以最小值發(fā)生在q和p最小的時候，已知空載時滿足要求，此時，考慮摩擦力矩，則，得阻尼比：所以液壓馬達-負載的傳遞函數(shù)為②伺服閥規(guī)格：伺服閥流量：此時，伺服閥壓降：根據(jù)pv和qL