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第1章 绪论1

1.1 液压控制系统的工作原理及组成2

1.1.1 液压控制系统的工作原理2

1.1.2 液压控制系统的组成4

1.2 液压控制系统的分类4

1.3 液压控制系统的优缺点5

1.3.1 液压伺服控制的优点5

1.3.2 液压伺服控制的缺点6

1.4 液压控制系统的应用6

1.5 机电控制系统仿真基本概念7

1.6 液压控制系统的研究内容与研究方法9

习题11

第2章 基于MATLAB的液压控制系统理论基础12

2.1 引言12

2.2 液压控制系统的基本性质12

2.2.1 开环控制系统与闭环控制系统12

2.2.2 液压控制系统组成结构14

2.2.3 液压控制系统的品质要求14

2.2.4 液压控制系统的典型输入信号15

2.2.5 液压控制系统的常用研究方法17

2.3 液压控制系统的数学模型17

2.4 MATLAB的仿真集成环境Simulink32

2.4.1 传递函数方框图32

2.4.2 仿真工具Simulink35

2.5 MATLAB/Simulink在时域分析中的应用41

2.6 系统的频率特性43

2.6.1 频率响应43

2.6.2 频率特性伯德图示法44

2.6.3 稳定裕度46

2.6.4 稳态性能计算48

2.7 线性系统的根轨迹分析50

2.7.1 二阶系统的根轨迹分析50

2.7.2 根轨迹绘制原理54

2.7.3 绘制根轨迹的MATLAB工具54

2.8 基于伯德图的系统综合与校正55

2.8.1 相位超前校正56

2.8.2 相位滞后校正60

2.8.3 相位滞后—超前校正63

习题70

第3章 液压控制阀72

3.1 圆柱滑阀的结构形式及分类72

3.2 阀芯液压力74

3.2.1 液体的压缩性分析74

3.2.2 滑阀受力分析76

3.2.3 滑阀的驱动力80

3.3 液压桥路80

3.4 滑阀静态特性的一般分析84

3.4.1 滑阀压力—流量方程的一般表达式84

3.4.2 滑阀的静态特性曲线86

3.4.3 阀的线性化分析和阀的系数87

3.5 零开口四边滑阀的静态特性88

3.6 实际零开口四边滑阀的静态特性91

3.7 正开口四边滑阀的静态特性93

3.8 双边滑阀的静态特性95

3.9 喷嘴挡板阀98

3.9.1 单喷嘴挡板阀的静态特性98

3.9.2 双喷嘴挡板阀的静态特性101

3.9.3 作用在挡板上的液流力108

3.9.4 喷嘴挡板阀的设计110

3.10 滑阀的输出功率及效率111

3.11 滑阀的设计113

3.11.1 结构形式的选择113

3.11.2 主要参数的确定113

习题115

第4章 液压动力机构116

4.1 液压动力机构与负载的匹配116

4.1.1 负载的类型及特性117

4.1.2 等效负载的计算121

4.1.3 液压动力元件地输出特性123

4.1.4 动力机构与负载匹配124

4.2 对称阀四通阀控对称液压缸127

4.2.1 基本方程127

4.2.2 方块图与传递函数129

4.3 对称阀控非对称液压缸137

4.4 四通阀控液压马达142

4.5 三通阀控制液压缸143

4.5.1 基本方程144

4.5.2 传递函数144

4.6 泵控液压马达146

4.6.1 基本方程147

4.6.2 传递函数148

4.6.3 泵控液压马达与阀控液压马达的比较149

思考题149

习题150

第5章 机液伺服系统151

5.1 阀控液压缸外反馈机液位置伺服系统151

5.2 机液伺服系统的稳定性分析153

5.2.1 Routh稳定判据153

5.2.2 机液伺服系统的稳定性判据和稳定裕量155

5.2.3 稳定性计算举例157

5.3 影响稳定性的因素162

5.3.1 主要结构参数的影响162

5.3.2 结构刚度对稳定性的影响162

5.4 动压反馈装置166

5.5 液压转矩放大器170

5.5.1 结构原理170

5.5.2 方框图及传递函数171

5.5.3 液压转矩放大器稳定计算举例172

5.6 机液伺服系统的稳态误差174

5.6.1 跟随误差计算175

5.6.2 负载误差计算176

5.6.3 影响系统工作精度的因素177

5.6.4 液压伺服系统稳态误差计算举例177

思考题179

习题179

第6章 电液伺服阀181

6.1 电液伺服阀的组成及分类181

6.1.1 电液伺服阀的组成181

6.1.2 电液伺服阀的分类182

6.2 力矩马达183

6.2.1 力矩马达的分类及要求183

6.2.2 永磁动铁式力矩马达184

6.2.3 永磁动圈式力马达188

6.2.4 动铁式力矩马达与动圈式力马达的比较188

6.3 单级滑阀式电液伺服阀188

6.3.1 动铁式单级电液伺服阀189

6.3.2 动圈式单级电液伺服阀196

6.4 力反馈两级电液伺服阀198

6.4.1 工作原理199

6.4.2 基本方程与方块图199

6.4.3 力反馈伺服阀的稳定性分析203

6.4.4 力反馈伺服阀的传递函数207

6.4.5 力反馈伺服阀的频宽208

6.4.6 力反馈伺服阀的静态特性210

6.4.7 力反馈伺服阀的设计计算210

6.5 直接反馈两极滑阀式电液伺服阀213

6.6 电液伺服阀的特性及主要的性能指标216

6.6.1 静态特性216

6.6.2 动态特性219

6.6.3 输入特性219

思考题220

习题221

第7章 电液伺服系统222

7.1 电液伺服系统的类型222

7.2 电液位置伺服系统的分析223

7.3 电液伺服系统的校正235

7.3.1 滞后校正235

7.3.2 速度与加速度反馈校正237

7.3.3 压力反馈和动压反馈校正239

7.4 电液速度控制系统240

7.4.1 阀控马达速度控制系统240

7.4.2 泵控马达速度控制系统242

7.5 电液力控制系统248

思考题256

习题256

第8章 液压伺服系统设计258

8.1 液压伺服系统的设计步骤258

8.1.1 明确设计要求258

8.1.2 拟定控制方案，画出系统原理图259

8.1.3 确定液压动力元件参数，选择系统元件259

8.1.4 动态计算262

8.1.5 检验系统静、态品质，需要时对系统进行校正262

8.2 电液位置伺服系统设计举例262

8.3 电液速度控制系统设计举例275

思考题283

习题283

第9章 液压能源284

9.1 对油源品质的要求284

9.2 液压能源的基本形式285

9.3 恒压能源的动态分析和参数选择286

9.3.1 定量泵—溢流阀恒压能源286

9.3.2 变量泵—恒压能源289

9.4 液压能源与负载的匹配291

9.5 油液污染及控制292

9.5.1 污染的危害292

9.5.2 油液污染的原因293

9.5.3 污染控制293

9.5.4 过滤器294

习题297

第10章 液压系统的现代控制方法298

10.1 最优二次型控制的基本理论300

10.1.1 最优控制的基本内容与定义300

10.1.2 最优二次型的基300

10.2 二次型优化理论在液压伺服系统中的应用302

10.3 负载干扰的补偿305

10.4 采用状态观测器实现干扰的补偿308

10.5 状态空间表达式的建立314

10.5.1 由结构图模型建立状态空间表达式314

10.5.2 由传递函数模型建立状态空间表达式317

10.6 状态变换321

10.6.1 状态向量的非唯一性及特征不变性321

10.6.2 常用标准型323

10.6.3 MATLAB下建立状态空间模型326

10.7 系统能控性和能观性327

10.7.1 能控性328

10.7.2 能观性329

10.7.3 单输入系统的能控标准型和能观标准型331

10.7.4 基于MATLAB的能控性与能观性分析333

10.8 李雅普诺夫稳定性与判别方法337

10.8.1 李雅普诺夫的稳定性判据337

10.8.2 线性定常系统的李雅普诺夫稳定性分析338

10.8.3 基于MATLAB的李雅普诺夫稳定性分析338

10.9 线性定常系统的设计与综合341

10.9.1 状态反馈实现极点配置341

10.9.2 最优控制系统的设计347

习题350

第11章 非线性控制系统354

11.1 非线性系统概述354

11.1.1 典型的非线性特性354

11.1.2 非线性系统的特点356

11.2 非线性元件的描述函数357

11.2.1 描述函数的基本概念357

11.2.2 非线性元件描述函数358

11.3 用描述函数分析非线性控制系统361

11.4 相轨迹362

11.4.1 相轨迹的基本概念362

11.4.2 相轨迹的绘制363

11.4.3 奇点的分类与极限环365

11.4.4 由相轨迹求系统的瞬态相应366

11.5 非线性系统的相平面分析366

11.5.1 具有分段线性的非线性系统367

11.5.2 继电器型非线性系统368

11.6 非线性因素对稳定性的影响370

11.7 利用Simulink仿真平台分析非线性液压控制系统实例376

习题383

第12章 离散控制系统辅助设计385

12.1 概述385

12.1.1 离散控制系统的基本组成385

12.1.2 数字控制系统工作过程386

12.1.3 离散控制系统的基本特点386

12.1.4 离散控制系统的研究方法386

12.2 离散信号的数学描述388

12.2.1 采样过程及采样定理388

12.2.2 保持器的数学描述389

12.3 Z变换391

12.3.1 离散信号的Z变换391

12.3.2 Z变换和Z反变换的MATLAB实现393

12.4 离散控制系统的数学模型395

12.4.1 离散系统的时域数学模型395

12.4.2 离散系统频域数学模型397

12.5 离散控制系统分析400

12.5.1 离散控制系统的稳定性400

12.5.2 采样周期与开环增益对稳定性的影响402

12.5.3 离散控制系统MATLAB时域响应和频域响应405

12.6 频率特性和根轨迹设计411

习题416

参考文献418