基本介紹
- 書名：液壓系統建模與仿真
- 作者：張秀梅
- ISBN：9787302518464
- 定價：79元
- 出版社：清華大學出版社
- 出版時間：2019.02.01
- 印次：1-1
- 印刷日期：2019.01.02
圖書內容,圖書目錄,
圖書內容
本書旨在將液壓的基礎知識進行項目化教學設定及實例仿真。全書分為12章，內容包括液壓與氣壓的基礎知識、液壓控制閥、液壓動力機構、機-液伺服系統、電液伺服閥、電液伺服系統、液壓伺服系統設計、液壓能源、液壓系統的現代控制方法、非線性控制系統及離散控制系統輔助設計。本書既可作為高等院校本科生和研究生的教學參考書，也可供工程技術人員參考
圖書目錄
第1章液壓與氣壓的基礎知識 1
1.1氣液傳動的工作原理與系統組成 1
1.2液壓與氣壓傳動的特點 3
1.3液壓與氣壓傳動技術的發展概況 4
第2章流體力學基礎知識 5
2.1液壓傳動工作介質 5
2.1.1液體的密度 5
2.1.2液體的可壓縮性 5
2.1.3液體的黏性 6
2.1.4液壓油的品種和選用 8
2.2液體靜力學基礎 9
2.2.1液體靜壓力 9
2.2.2液體靜壓力基本方程 10
2.2.3絕對壓力與相對壓力 11
2.2.4帕斯卡原理 13
2.3液體動力學基礎 13
2.3.1液體動力學的基本概念 13
2.3.2連續性方程 16
2.3.3伯努利定理 17
2.4壓力與流量 19
2.4.1液壓管路的壓力損失 19
2.4.2孔口的流量與壓力特性 20
2.5液壓衝擊和空穴現象 21
2.5.1液壓衝擊 21
2.5.2空穴現象 22
2.6複習套用 22
第3章液壓控制閥 25
3.1圓柱滑閥的結構形式及分類 25
3.1.1按進、出閥的通道數劃分 25
3.1.2按滑閥的工作邊數劃分 26
3.1.3按滑閥的預開口形式劃分 27
3.1.4按閥套視窗的形狀劃分 27
3.1.5按閥芯的凸肩數目劃分 27
3.2閥芯液壓力 28
3.2.1液體的壓縮性分析 28
3.2.2滑閥受力分析 30
3.3液壓橋路 35
3.4滑閥靜態特性的一般分析 38
3.4.1滑閥壓力－流量方程的一般表達式 39
3.4.2滑閥的靜態特性曲線 41
3.4.3閥的線性化分析和閥的係數 42
3.5零開口四邊滑閥的靜態特性 44
3.6實際零開口四邊滑閥的靜態特性 47
3.7正開口四邊滑閥的靜態特性 49
3.8雙邊滑閥的靜態特性 52
3.9噴嘴擋板閥 55
3.9.1單噴嘴擋板閥的靜態特性 56
3.9.2雙噴嘴擋板閥的靜態特性 60
3.9.3作用在擋板上的液流力 67
3.9.4噴嘴擋板閥的設計 69
3.10滑閥的輸出功率及效率 70
3.11滑閥的設計 72
3.11.1滑閥的選擇 72
3.11.2主要參數的確定 73
3.12習題 74
第4章液壓動力機構 76
4.1液壓動力機構與負載的匹配 76
4.1.1負載的類型及特性 77
4.1.2等效負載的計算 82
4.1.3液壓動力元件的輸出特性 84
4.1.4動力機構與負載匹配 85
4.2對稱閥四通閥控對稱液壓缸 88
4.2.1基本方程 88
4.2.2方塊圖與傳遞函式 93
4.3對稱閥控非對稱液壓缸 102
4.3.1對稱閥控非對稱液壓動力機構的基本方程 102
4.3.2基本方程 103
4.4四通閥控液壓馬達 108
4.5三通閥控制液壓缸 112
4.5.1基本方程 112
4.5.2傳遞函式 113
4.6泵控液壓馬達 114
4.6.1基本方程 115
4.6.2傳遞函式 117
4.6.3泵控液壓馬達與閥控液壓馬達的比較 118
4.7思考題 119
4.8習題 119
第5章機-液伺服系統 121
5.1閥控液壓缸外反饋機-液位置伺服系統 122
5.2機-液伺服系統的穩定性分析 124
5.2.1Routh穩定判據 124
5.2.2機-液伺服系統的穩定性判據和穩定裕量 125
5.2.3穩定性計算舉例 128
5.3影響穩定性的因素 132
5.3.1主要結構參數的影響 132
5.3.2結構剛度對穩定性的影響 133
5.4動壓反饋裝置 138
5.5液壓轉矩放大器 142
5.5.1結構原理 142
5.5.2方框圖及傳遞函式 143
5.5.3液壓轉矩放大器穩定計算舉例 145
5.6機-液伺服系統的穩態誤差 147
5.6.1跟隨誤差計算 147
5.6.2負載誤差計算 149
5.6.3影響系統工作精度的因素 150
5.6.4液壓伺服系統穩態誤差計算舉例 151
5.7思考題 152
5.8習題 153
第6章電液伺服閥 154
6.1電液伺服閥的組成及分類 154
6.1.1電液伺服閥的組成 154
6.1.2電液伺服閥的分類 155
6.2力矩馬達 156
6.2.1力矩馬達的分類及要求 156
6.2.2永磁動鐵式力矩馬達 157
6.2.3永磁動圈式力馬達 161
6.2.4動鐵式力矩馬達與動圈式力馬達的比較 162
6.3單級滑閥式電液伺服閥 162
6.3.1動鐵式單級電液伺服閥 162
6.3.2動圈式單級電液伺服閥 170
6.4力反饋兩級電液伺服閥 173
6.4.1工作原理 173
6.4.2基本方程與方塊圖 174
6.4.3力反饋伺服閥的穩定性分析 180
6.4.4力反饋伺服閥的傳遞函式 182
6.4.5力反饋伺服閥的頻寬 184
6.4.6力反饋伺服閥的靜態特性 186
6.4.7力反饋伺服閥的設計計算 187
6.5直接反饋兩極滑閥式電液伺服閥 190
6.6電液伺服閥的特性及主要的性能指標 193
6.6.1靜態特性 193
6.6.2動態特性 196
6.6.3輸入特性 197
6.7思考題 198
6.8習題 198
第7章電液伺服系統 199
7.1電液伺服系統的類型 199
7.2電液位置伺服系統的分析 200
7.3電液伺服系統的校正 213
7.3.1滯後校正 213
7.3.2速度與加速度反饋校正 215
7.3.3壓力反饋和動壓反饋校正 217
7.4電液速度控制系統 218
7.4.1閥控馬達速度控制系統 219
7.4.2泵控馬達速度控制系統 221
第8章液壓伺服系統設計 227
8.1液壓伺服系統的設計步驟 227
8.1.1明確設計要求 227
8.1.2擬定控制方案，繪出系統原理圖 228
8.1.3確定液壓動力元件參數，選擇系統元件 228
8.1.4動態計算 232
8.1.5檢驗系統靜、態品質，需要時對系統進行校正 232
8.2電液位置伺服系統設計舉例 232
8.3電液速度控制系統設計舉例 245
8.4思考題 254
8.5習題 254
第9章液壓能源 255
9.1對油源品質的要求 255
9.2液壓能源的基本形式 256
9.3恆壓能源的動態分析和參數選擇 258
9.3.1定量泵－溢流閥恆壓能源 258
9.3.2變數泵－恆壓能源 261
9.4液壓能源與負載的匹配 263
9.5油液污染及控制 264
9.5.1污染的危害 264
9.5.2油液污染的原因 266
9.5.3污染控制 266
9.5.4過濾器 267
9.6習題 270
第10章液壓系統的現代控制方法 271
10.1最優二次型控制的基本理論 273
10.1.1最優控制的基本內容與定義 273
10.1.2最優二次型的基本理論 274
10.2二次型最佳化理論在液壓伺服系統中的套用 275
10.3負載干擾的補償 280
10.4採用狀態觀測器實現干擾的補償 283
10.5狀態空間表達式的建立 289
10.5.1由結構圖模型建立狀態空間表達式 290
10.5.2由傳遞函式模型建立狀態空間表達式 293
10.6狀態變換 298
10.6.1狀態向量的非唯一性及特徵不變性 298
10.6.2常用標準型 300
10.6.3MATLAB下建立狀態空間模型 304
10.7系統能控性和能觀性 304
10.7.1能控性 306
10.7.2能觀性 307
10.7.3單輸入系統的能控標準型和能觀標準型 309
10.7.4基於MATLAB的能控性與能觀性分析 312
10.8李雅普諾夫穩定性與判別方法 316
10.8.1李雅普諾夫的穩定性判據 316
10.8.2線性定常系統的李雅普諾夫穩定性分析 317
10.8.3基於MATLAB的李雅普諾夫穩定性分析 317
10.9線性定常系統的設計與綜合 319
10.9.1狀態反饋實現極點配置 319
10.9.2最優控制系統的設計 326
10.10習題 329
第11章非線性控制系統 333
11.1非線性系統概述 333
11.1.1典型的非線性特性 333
11.1.2非線性系統的特點 336
11.2非線性元件的描述函式 337
11.2.1描述函式的基本概念 337
11.2.2非線性元件描述函式 338
11.3用描述函式分析非線性控制系統 341
11.4相軌跡 342
11.4.1相軌跡的基本概念 342
11.4.2相軌跡的繪製 344
11.4.3奇點的分類與極限環 345
11.4.4由相軌跡求系統的瞬態相應 347
11.5非線性系統的相平面分析 347
11.5.1具有分段線性的非線性系統 348
11.5.2繼電器型非線性系統 349
11.6非線性因素對穩定性的影響 351
11.7利用Simulink仿真平台分析非線性液壓控制系統實例 358
11.8習題 365
第12章離散控制系統輔助設計 367
12.1概述 367
12.1.1離散控制系統的基本組成 367
12.1.2數字控制系統工作過程 368
12.1.3離散控制系統的基本特點 368
12.1.4離散控制系統的研究方法 369
12.2離散信號的數學描述 370
12.2.1採樣過程及採樣定理 370
12.2.2保持器的數學描述 372
12.3Z變換 374
12.3.1離散信號的Z變換 374
12.3.2Z變換和Z反變換的MATLAB實現 376
12.4離散控制系統的數學模型 378
12.4.1離散系統的時域數學模型 378
12.4.2離散系統頻域數學模型 381
12.5離散控制系統分析 383
12.5.1離散控制系統的穩定性 383
12.5.2採樣周期與開環增益對穩定性的影響 385
12.5.3離散控制系統MATLAB時域回響和頻域回響 388
12.6頻率特性和根軌跡設計 393
12.7習題 397
1.1氣液傳動的工作原理與系統組成 1
1.2液壓與氣壓傳動的特點 3
1.3液壓與氣壓傳動技術的發展概況 4
第2章流體力學基礎知識 5
2.1液壓傳動工作介質 5
2.1.1液體的密度 5
2.1.2液體的可壓縮性 5
2.1.3液體的黏性 6
2.1.4液壓油的品種和選用 8
2.2液體靜力學基礎 9
2.2.1液體靜壓力 9
2.2.2液體靜壓力基本方程 10
2.2.3絕對壓力與相對壓力 11
2.2.4帕斯卡原理 13
2.3液體動力學基礎 13
2.3.1液體動力學的基本概念 13
2.3.2連續性方程 16
2.3.3伯努利定理 17
2.4壓力與流量 19
2.4.1液壓管路的壓力損失 19
2.4.2孔口的流量與壓力特性 20
2.5液壓衝擊和空穴現象 21
2.5.1液壓衝擊 21
2.5.2空穴現象 22
2.6複習套用 22
第3章液壓控制閥 25
3.1圓柱滑閥的結構形式及分類 25
3.1.1按進、出閥的通道數劃分 25
3.1.2按滑閥的工作邊數劃分 26
3.1.3按滑閥的預開口形式劃分 27
3.1.4按閥套視窗的形狀劃分 27
3.1.5按閥芯的凸肩數目劃分 27
3.2閥芯液壓力 28
3.2.1液體的壓縮性分析 28
3.2.2滑閥受力分析 30
3.3液壓橋路 35
3.4滑閥靜態特性的一般分析 38
3.4.1滑閥壓力－流量方程的一般表達式 39
3.4.2滑閥的靜態特性曲線 41
3.4.3閥的線性化分析和閥的係數 42
3.5零開口四邊滑閥的靜態特性 44
3.6實際零開口四邊滑閥的靜態特性 47
3.7正開口四邊滑閥的靜態特性 49
3.8雙邊滑閥的靜態特性 52
3.9噴嘴擋板閥 55
3.9.1單噴嘴擋板閥的靜態特性 56
3.9.2雙噴嘴擋板閥的靜態特性 60
3.9.3作用在擋板上的液流力 67
3.9.4噴嘴擋板閥的設計 69
3.10滑閥的輸出功率及效率 70
3.11滑閥的設計 72
3.11.1滑閥的選擇 72
3.11.2主要參數的確定 73
3.12習題 74
第4章液壓動力機構 76
4.1液壓動力機構與負載的匹配 76
4.1.1負載的類型及特性 77
4.1.2等效負載的計算 82
4.1.3液壓動力元件的輸出特性 84
4.1.4動力機構與負載匹配 85
4.2對稱閥四通閥控對稱液壓缸 88
4.2.1基本方程 88
4.2.2方塊圖與傳遞函式 93
4.3對稱閥控非對稱液壓缸 102
4.3.1對稱閥控非對稱液壓動力機構的基本方程 102
4.3.2基本方程 103
4.4四通閥控液壓馬達 108
4.5三通閥控制液壓缸 112
4.5.1基本方程 112
4.5.2傳遞函式 113
4.6泵控液壓馬達 114
4.6.1基本方程 115
4.6.2傳遞函式 117
4.6.3泵控液壓馬達與閥控液壓馬達的比較 118
4.7思考題 119
4.8習題 119
第5章機-液伺服系統 121
5.1閥控液壓缸外反饋機-液位置伺服系統 122
5.2機-液伺服系統的穩定性分析 124
5.2.1Routh穩定判據 124
5.2.2機-液伺服系統的穩定性判據和穩定裕量 125
5.2.3穩定性計算舉例 128
5.3影響穩定性的因素 132
5.3.1主要結構參數的影響 132
5.3.2結構剛度對穩定性的影響 133
5.4動壓反饋裝置 138
5.5液壓轉矩放大器 142
5.5.1結構原理 142
5.5.2方框圖及傳遞函式 143
5.5.3液壓轉矩放大器穩定計算舉例 145
5.6機-液伺服系統的穩態誤差 147
5.6.1跟隨誤差計算 147
5.6.2負載誤差計算 149
5.6.3影響系統工作精度的因素 150
5.6.4液壓伺服系統穩態誤差計算舉例 151
5.7思考題 152
5.8習題 153
第6章電液伺服閥 154
6.1電液伺服閥的組成及分類 154
6.1.1電液伺服閥的組成 154
6.1.2電液伺服閥的分類 155
6.2力矩馬達 156
6.2.1力矩馬達的分類及要求 156
6.2.2永磁動鐵式力矩馬達 157
6.2.3永磁動圈式力馬達 161
6.2.4動鐵式力矩馬達與動圈式力馬達的比較 162
6.3單級滑閥式電液伺服閥 162
6.3.1動鐵式單級電液伺服閥 162
6.3.2動圈式單級電液伺服閥 170
6.4力反饋兩級電液伺服閥 173
6.4.1工作原理 173
6.4.2基本方程與方塊圖 174
6.4.3力反饋伺服閥的穩定性分析 180
6.4.4力反饋伺服閥的傳遞函式 182
6.4.5力反饋伺服閥的頻寬 184
6.4.6力反饋伺服閥的靜態特性 186
6.4.7力反饋伺服閥的設計計算 187
6.5直接反饋兩極滑閥式電液伺服閥 190
6.6電液伺服閥的特性及主要的性能指標 193
6.6.1靜態特性 193
6.6.2動態特性 196
6.6.3輸入特性 197
6.7思考題 198
6.8習題 198
第7章電液伺服系統 199
7.1電液伺服系統的類型 199
7.2電液位置伺服系統的分析 200
7.3電液伺服系統的校正 213
7.3.1滯後校正 213
7.3.2速度與加速度反饋校正 215
7.3.3壓力反饋和動壓反饋校正 217
7.4電液速度控制系統 218
7.4.1閥控馬達速度控制系統 219
7.4.2泵控馬達速度控制系統 221
第8章液壓伺服系統設計 227
8.1液壓伺服系統的設計步驟 227
8.1.1明確設計要求 227
8.1.2擬定控制方案，繪出系統原理圖 228
8.1.3確定液壓動力元件參數，選擇系統元件 228
8.1.4動態計算 232
8.1.5檢驗系統靜、態品質，需要時對系統進行校正 232
8.2電液位置伺服系統設計舉例 232
8.3電液速度控制系統設計舉例 245
8.4思考題 254
8.5習題 254
第9章液壓能源 255
9.1對油源品質的要求 255
9.2液壓能源的基本形式 256
9.3恆壓能源的動態分析和參數選擇 258
9.3.1定量泵－溢流閥恆壓能源 258
9.3.2變數泵－恆壓能源 261
9.4液壓能源與負載的匹配 263
9.5油液污染及控制 264
9.5.1污染的危害 264
9.5.2油液污染的原因 266
9.5.3污染控制 266
9.5.4過濾器 267
9.6習題 270
第10章液壓系統的現代控制方法 271
10.1最優二次型控制的基本理論 273
10.1.1最優控制的基本內容與定義 273
10.1.2最優二次型的基本理論 274
10.2二次型最佳化理論在液壓伺服系統中的套用 275
10.3負載干擾的補償 280
10.4採用狀態觀測器實現干擾的補償 283
10.5狀態空間表達式的建立 289
10.5.1由結構圖模型建立狀態空間表達式 290
10.5.2由傳遞函式模型建立狀態空間表達式 293
10.6狀態變換 298
10.6.1狀態向量的非唯一性及特徵不變性 298
10.6.2常用標準型 300
10.6.3MATLAB下建立狀態空間模型 304
10.7系統能控性和能觀性 304
10.7.1能控性 306
10.7.2能觀性 307
10.7.3單輸入系統的能控標準型和能觀標準型 309
10.7.4基於MATLAB的能控性與能觀性分析 312
10.8李雅普諾夫穩定性與判別方法 316
10.8.1李雅普諾夫的穩定性判據 316
10.8.2線性定常系統的李雅普諾夫穩定性分析 317
10.8.3基於MATLAB的李雅普諾夫穩定性分析 317
10.9線性定常系統的設計與綜合 319
10.9.1狀態反饋實現極點配置 319
10.9.2最優控制系統的設計 326
10.10習題 329
第11章非線性控制系統 333
11.1非線性系統概述 333
11.1.1典型的非線性特性 333
11.1.2非線性系統的特點 336
11.2非線性元件的描述函式 337
11.2.1描述函式的基本概念 337
11.2.2非線性元件描述函式 338
11.3用描述函式分析非線性控制系統 341
11.4相軌跡 342
11.4.1相軌跡的基本概念 342
11.4.2相軌跡的繪製 344
11.4.3奇點的分類與極限環 345
11.4.4由相軌跡求系統的瞬態相應 347
11.5非線性系統的相平面分析 347
11.5.1具有分段線性的非線性系統 348
11.5.2繼電器型非線性系統 349
11.6非線性因素對穩定性的影響 351
11.7利用Simulink仿真平台分析非線性液壓控制系統實例 358
11.8習題 365
第12章離散控制系統輔助設計 367
12.1概述 367
12.1.1離散控制系統的基本組成 367
12.1.2數字控制系統工作過程 368
12.1.3離散控制系統的基本特點 368
12.1.4離散控制系統的研究方法 369
12.2離散信號的數學描述 370
12.2.1採樣過程及採樣定理 370
12.2.2保持器的數學描述 372
12.3Z變換 374
12.3.1離散信號的Z變換 374
12.3.2Z變換和Z反變換的MATLAB實現 376
12.4離散控制系統的數學模型 378
12.4.1離散系統的時域數學模型 378
12.4.2離散系統頻域數學模型 381
12.5離散控制系統分析 383
12.5.1離散控制系統的穩定性 383
12.5.2採樣周期與開環增益對穩定性的影響 385
12.5.3離散控制系統MATLAB時域回響和頻域回響 388
12.6頻率特性和根軌跡設計 393
12.7習題 397
