液压控制系统王春行编课后题答案复习课程.docx

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液压控制系统王春行编课后题答案复习课程

液压控制系统（王春行

编）课后题答案

第二章

思考题

1、为什么把液压控制阀称为液压放大元件？

答：

因为液压控制阀将输入的机械信号（位移）转换为液压信号（压力、流

量）输出，并进行功率放大，移动阀芯所需要的信号功率很小，而系统的输出功率却可以很大。

2、什么是理想滑阀？

什么是实际滑阀？

答：

理想滑阀是指径向间隙为零，工作边锐利的滑阀。

实际滑阀是指有径向间隙，同时阀口工作边也不可避免地存在小圆角的滑

阀。

4、什么叫阀的工作点？

零位工作点的条件是什么？

答：

阀的工作点是指压力-流量曲线上的点，即稳态情况下，负载压力为Pl，阀位移Xv时，阀的负载流量为qL的位置。

零位工作点的条件是qL=PL=Xv=O。

5、在计算系统稳定性、响应特性和稳态误差时，应如何选定阀的系数？

为什

么？

答：

流量增益“二旦，为放大倍数，直接影响系统的开环增益。

Xv

流量-压力系数Kc二--业，直接影响阀控执行元件的阻尼比和速度刚度。

Pl

压力增益Kp二卫，表示阀控执行元件组合启动大惯量或大摩擦力负载的

Xv

能力

当各系数增大时对系统的影响如下表所示

稳定性

响应特

性

稳态误

差

Kq

I

1

r

Kc

t

1

r

j

Kp

LI

1

r

7、径向间隙对零开口滑阀的静态特性有什么影响？

为什么要研究实际零开口滑

阀的泄漏特性？

答：

理想零开口滑阀Kco=O，

Kpo=，而实际零开口滑阀由于径向间隙的影

响，存在泄漏流量3窖

32Cd..Ps

，Kpo=2，两者相差很大。

rc

理想零开口滑阀实际零开口滑阀因有径向间隙和工作边的小圆角，存在泄漏，泄漏特性决定了阀的性能，用泄漏流量曲线可以度量阀芯在中位时的液压功率损失大小，用中位泄漏流量曲线来判断阀的加工配合质量。

8、理想零开口阀具有线性流量增益，性能比较好，应用最广泛，但加工困难；因为实际阀总存在径向间隙和工作边圆角的影响。

9、什么是稳态液动力？

什么是瞬态液动力？

答：

稳态液动力是指，在阀口开度一定的稳定流动情况下，液流对阀芯的反作用力。

瞬态液动力是指，在阀芯运动过程中，阀开口量变化使通过阀口的流量发生变化，引起阀腔内液流速度随时间变化，其动量变化对阀芯产生的反作用力。

习题

1、有一零开口全周通油的四边滑阀，其直径d=810-3m，径向间隙

rc=510-6m，供油压力Ps=70105Pa，采用10号航空液压油在40°C工作，流

量系数Cd=0.62，求阀的零位系数。

零位压力增益Kp0

解：

零开口四边滑阀的零位系数为:

将数据代入得

Kq01.4m2.s

Kc04.41012m3.sPa

Kp03.171011Pam2、已知一正开口量U=0.0510-3m的四边滑阀，在供油压力Ps=70105Pa下测得零位泄露流量qc=5%in，求阀的三个零位系数。

解：

正开口四边滑阀的零位系数为：

零位压力增益Kp0

Kq0

Kc0

2Ps

U

零位流量增益心U

将数据代入得

Kq01.67m2；s

Ke。

5.951012m\sPa

Kpo2.81011Pam

第三章

思考题

1、什么叫液压动力元件？

有哪些控制方式？

有几种基本组成类型？

答：

液压动力元件（或称为液压动力机构）是由液压放大元件（液压控制元件）和液压执行元件组成的。

控制方式可以是液压控制阀，也可以是伺服变量泵。

有四种基本形式的液压动力元件：

阀控液压缸、阀控液压马达、泵控液压缸和泵控液压马达。

4、何谓液压弹簧刚度？

为什么要把液压弹簧刚度理解为动态刚度？

4a2

答：

液压弹簧刚度Kh”，它是液压缸两腔完全封闭由于液体的压缩性所

Vt

形成的液压弹簧的刚度。

因为液压弹簧刚度是在液压缸两腔完全封闭的情况下推导出来的，实际上由于阀的开度和液压缸的泄露的影响，液压缸不可能完全封闭，因此在稳态下这个弹簧刚度是不存在的。

但在动态时，在一定的频率范围内泄露来不及起作用，相当于一种封闭状态，因此液压弹簧刚度应理解为动态刚度。

习题

1、有一阀控液压马达系统，已知：

液压马达排量为Dm=610-6m/Tad，马达容积效率为95%，额定流量为qn=6.6610-4叹，额定压力Pn=140105Pa，高低压腔总容积Vt=310-4m3。

拖动纯惯性负载，负载转动惯量为Jt=0.2kgm2，阀

的流量增益Kq=4m2/，流量-压力系数Kc=1.51O-16m3Spa，液体等效体积弹性模量e=7108Pa。

试求出以阀芯位移xv为输入，液压马达转角m为输出的传递函数。

解：

由阀控液压马达的三个基本方程

Ql

KqXv

©Pl

Ql

Dms

Vt

mCtmpLsPL

4e

5

6.67105

代入数据得422

Xvs5.9510s1.3210s1

2、阀控液压缸系统，液压缸面积Ap=15010-4m2，活塞行程L=0.6m，阀至液

压缸的连接管路长度l=1m，管路截面积a=1.7710-4m2，负载质量

mt=2000kg，阀的流量-压力系数Kc=5.210-12羽。

求液压固有频率h和

液压缸两腔的油液质量

m1ApL7.38kg

液压阻尼比h。

计算时，取e=7108Pa，=870k%3。

则折算到活塞上的总质量mtmt+m°+mi3113kg

4、有一四边滑阀控制的双作用液压缸，直接拖动负载作简谐运动。

已知：

供油

压力Ps140105Pa，负载质量mt300kg，负载位移规律为xpxmsint，

负载移动的最大振幅xm8102m，角频率30rads。

试根据最佳负载匹配

求液压缸面积和四边阀的最大开面积W

计算时，取Cd0.62，

870kg/m3

解：

负载速度

LX

p

xmcos

t

Fl

2..

sint

负载力

mtfl

p

mtXm

功率

N

Fll

132

-mtXm

2

sin2t

则在2t=-时，负载功率最大

故液压缸面积Ap

*

Fl

1.64103m2

最大功率点的负载速度L子xm

可求得四边阀的最大开面积

Wv

m

6.13105m2

3Ps

第四章

思考题

1、什么是机液伺服系统？

机液伺服系统有什么优缺点？

答：

由机械反馈装置和液压动力元件所组成的反馈控制系统称为机械液压伺服

系统。

机液伺服系统结构简单、工作可靠、容易维护。

2、为什么机液位置伺服系统的稳定性、响应速度和控制精度由液压动力元件的

特性所定？

答：

为了使系统稳定，Kv（0.2〜0.4）h，穿越频率c稍大于开环放大系数

Kv而系统的频宽又稍大于C,即开环放大系数越大，系统的响应速度越快，

系统的控制精度也越高，而Kv取决于Kf、Kq、Ap，所以说机液位置伺服系统的稳定性、响应速度和控制精度由液压动力元件的特性所定。

3、为什么在机液位置伺服系统中，阀流量增益的确定很重要？

答：

开环放大系数越大，系统的响应速度越快，系统的控制精度也越高，而Kv

取决于Kf、Kq、A，在单位反馈系统中，Kv仅由Kq和Ap所确定，而Ap主要由负载的要求确定的，因此Kv主要取决于Kq，所以在机液位置伺服系统中，阀流量增益的确定很重要。

5、低阻尼对液压伺服系统的动态特性有什么影响？

如何提高系统的阻尼？

这些

方法各有什么优缺点？

答：

低阻尼是影响系统的稳定性和限制系统频宽的主要因素之一。

提高系统的

阻尼的方法有以下几种：

1）设置旁路泄露通道。

在液压缸两个工作腔之间设置旁路通道增加泄露系数Ctp。

缺点是增大了功率损失，降低了系统的总压力增益和系统的刚度，增加外负载力引起的误差。

另外，系统性能受温度变化的影响较大。

2）采用正开口阀，正开口阀的Kco值大，可以增加阻尼，但也要使系统刚度降低，而且零位泄漏量引起的功率损失比第一种办法还要大。

另外正开口阀还要带来非线性流量增益、稳态液动力变化等问题。

3）增加负载的粘性阻尼。

需要另外设置阻尼器，增加了结构的复杂性。

4）在液压缸两腔之间连接一个机-液瞬态压力反馈网络，或采用压力反馈或动压反馈伺服阀。

6考虑结构刚度的影响时，如何从物理意义上理解综合刚度？

答：

结构感度与负载质量构成一个结构谐振系统，而结构谐振与液压谐振相互耦合，又形成一个液压-机械综合谐振系统。

该系统的综合刚度Kn是液压弹簧刚度Kh和结构刚度Ks!

、Ks2串联后的刚度，它小于液压弹簧刚度和结构刚度。

7、考虑连接刚度时，反馈连接点对系统的稳定性有什么影响？

答：

1）全闭环系统

对于惯性比较小和结构刚度比较大的伺服系统，s>>h,因而可以认为

液压固有频率就是综合谐振频率。

此时系统的稳定性由液压固有频率h和液

压阻尼比n所限制。

有些大惯量伺服系统，往往是s<

振频率就近似等于结构谐振频率，结构谐振频率成为限制整个液压伺服系统频宽的主要因素。

2）半闭环系统

如果反馈从活塞输出端XP引出构成半闭环系统，此时开环传递函数中含有

二阶微分环节，当谐振频率S2与综合谐振频率n靠的很近时，反谐振二阶

微分环节对综合谐振有一个对消作用，使得综合谐振峰值减小，从而改善了系统的稳定性。

习题

1、如图4-15所示的机液位置伺服系统，供油压力Ps20105Pa，滑阀面积梯度W2102m，液压缸面积A20104m2，液压固有频率h320ra%，

阻尼比h0.2。

求增益裕量为6dB时反馈杠杆比Kf上为多少？

计算时，取

12

Cd0.62，870k%3。

所以kf

kq

0.22

kvAp

解：

由图可得：

XvkjXjkfXp

又因为

k

kg20lgv

2hh

kg

6dB

kq

CdWps

2、如图4-16所示机液伺服系统，阀的流量增益为Kq，流量-压力系数Kc，活

塞面积Ap，活塞杆与负载连接刚度Ks，负载质量mL，总压缩容积乂，油的体积弹性模量e，阀的输入位移Xi，活塞输出位移Xp，求系统的稳定条件。

解：

由图可知，该系统为半闭环系统，且半闭环系统的稳定条件为

Kv<2n

1

n

1-（」）

其中：

综合阻尼比

KcMl

s2

n

1

mLmLknks

s

5l

Kh

4eA2

Vt

Kv

KqKf

n

综合谐振频率

结构谐振频率

液压弹簧刚度

开环放大系数

反馈放大系数KfU

综上所述，将各系数代入不等式，可得系统的稳定条件为:

I,4eKcAp

TTKqVt

第五章

1、已知电液伺服阀在线性区域内工作时，输入差动电流i10mA，负载压力

Pl20105Pa，负载流量Ql60Lmin。

求此电液伺服阀的流量增益及压力增益O

解：

电液伺服阀的流量增益为Kq*0.1mZA

压力增益KpPl2108paA

2、已知一电液伺服阀的压力增益为5105p^mA，伺服阀控制的液压缸面积为

450104m2。

要求液压缸输出力F5104N，伺服阀输入电流i为多少?

解：

负载压力PlF

1107Pa

则伺服阀输入电流

iPl20mA

KP

5、已知电液伺服阀额定流量为10并和，额定压力为210105Pa，额定电流

10mA，功率滑阀为零开口四边滑阀，其零位泄露流量为额定流量的4%,伺服阀控制的双作用液压缸A20104m2，当伺服阀输入电流为0.1mA时，求液压缸最大输出速度和最大输出力。

K

压力增益Kp—5.251010PaA

Kc

则液压缸最大输出速度为

Vmax

Ql

Ap

8.33104ms

负载流量为qLKqi1.67106m/S

最大输出力为FmaxPliAp1.05104N

第六章

思考题

&未加校正的液压伺服系统有什么特点？

答：

液压位置伺服系统的开环传递函数通常可以简化为一个积分环节和一个振荡环节，而液压阻尼比一般都比较小，使得增益裕量不足，相位裕量有余。

另一个特点是参数变化较大，特别是阻尼比随工作点变动在很大范围内变化。

7、为什么电液伺服系统一般都要加校正装置？

在电液位置伺服系统中加滞后校

正、速度与加速度反馈校正、压力反馈和动压反馈校正的主要目的是什么？

答：

因为在电液伺服系统中，单纯靠调整增益往往满足不了系统的全部性能指

标，所以就要在系统中加校正装置。

加滞后校正的主要目的通过提高低频段增益，减小系统的稳态误差，或者

在保证系统稳态精度的条件下，通过降低系统高频段的增益，以保证系统的稳定性。

加速度与加速度反馈校正的主要目的是提高主回路的静态刚度，减少速度

反馈回路内的干扰和非线性的影响，提高系统的静态精度。

加压力反馈和动压反馈的目的是提高系统的阻尼。

8、电液速度控制系统为什么一定要加校正？

加滞后校正和加积分校正有什么不

同？

答：

系统在穿越频率c处的斜率为40dB「10oct，因此相位裕量很小，特别是在阻尼比n较小时更是如此。

这个系统虽属稳定，但是在简化的情况下得出的。

如果在c和h之间有其它被忽略的环节，这时穿越频率处的斜率将变为

60dB10dec或80dB10dec，系统将不稳定。

即使开环增益K01，系统也不

易稳定，因此速度控制系统必须加校正才能稳定工作。

加滞后校正的系统仍然是零型系统，加积分校正的系统为I型无差系统。

9、在力控制系统中负载刚度对系统特性有何影响？

影响了哪些参数？

AP2

答：

1）K>>Kh，即负载刚度远大于液压弹簧刚度。

此时

二阶振荡环节与二阶微分环节近似对消，系统动态特性主要由液体压缩性形成的惯性环节决定。

2）K<

此时,

习题

1、如图6-39所示电液位置伺服系统，已知：

Kq=2010-6mA，

Dm=510-6mhd，n=0.03，心=50%，h=100ra%，

h=0.225。

求：

1）系统临界稳定状态时的放大器增益Ka为多少?

2）幅值裕量为6dB时的Ka为多少？

3）系统作210-2ms等速运动时的位置误差为多少？

伺服阀零漂Id=0.6mA时

则系统的开环增益K

KaKf（

）

n

解：

1）系统的开环传递函数为

KaKf（KqD）n

G（s）H（s）二-Dm

s

2s~2

h

Js+1

h

引起的静差为多少？

由系统的稳定条件K

得系统的零界状态时©Kf（

）n

求得Ka750mA.V

2）幅值裕量Kg（dB）=6dB

K

即-20lgG（jh）H（jh）20lg―—6

2hh

即上「1

2hh2

求得Kv22.5rad;'sKa375mAV

3）系统作等速运动时的位置误差

eX）=Kv

4

8.910m

伺服阀零漂

Id=0.6mA时引起的静差

Id

Xp

PKfKa

5

3.210m