阀控非对称缸液压伺服系统
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供油压力 P2'
P2 P20
-2
-1
0
1
FL（N）
2
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104
15
P2 （MPa ）
P1 （MPa ）
10
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P 1 ,P1 ' ,P 1 0
P 2 ，P 2 '，P 2 0
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5
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FL （N ）
2
3
104
-2
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阀与缸不完全匹配（ m≠n ）
15 15
0
1
FL （N ）
2
3
10 4
1P、1 什么是非对称缸P2
PP11
A2
P2 P2
A1
A1A1
A2A2
a) 单出杆非对称缸 A1 A2
a) a)
单单出出杆杆非非对对称称缸缸A1
A2 A1
A2
P1
P2
P1
P2
P1
P2
AA1 1
A1
AA2 2
A2
xv
xv xv
特点：两侧的有效作用面积不同，相同流 量情况下，伸出和缩回的速度不同
特点：活塞两端杆径相同，运动特性 相同
P1(MPa)
wenku.baidu.com
10 p1'
5
p 1
0
P2(MPa)
10 P2'
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P2
0 阀控非对称缸液压伺服系统
-5
-2 -1
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-5-2
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0
1
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4
P1P1' P1nP1s(1n3n2) P2 P2' P2 Ps1(1nn32)
第一章 阀控非对称缸液压伺服系统
内容安排： 1、研究目的意义 2、对称阀控制非对称缸的静态特性 3、对称阀控制非对称缸的动态特性 4、对称阀控制非对称缸在静动态特性方面存在的问题 5、非对称阀控制非对称缸的动态特性 6、应用非线性状态方程分析阀口误差对系统压力特性 的影响
阀控非对称缸液压伺服系统
§1-1研究的目的意义
mL
A
B
伺服阀
P0 PS
防气蚀措施：
防气蚀阀组 1、对负荷变化的范围加以限制；
2、增大液压缸的面积；
3、采用防气蚀单向阀组和安全阀，
安全阀组
以及在阀与有杆腔之间的管路上
设置单向节流阀等加以补救。
低压蓄能器
高压蓄能器
阀控非对称缸液压伺服系统
阀与缸完全匹配（m=n）
15
15
P1 （MPa ） P2 （MPa ）
7、液压缸内外泄漏为层流
流动；
8、液压缸为理想单出杆液
压缸
P1 （MPa） P2 （MPa）
15
10
P1' P10
P1
5
P1
0 气蚀区
-2 -1
0
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FL（N）
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无杆腔( PS 10MPa )
15 超压区
10
5 P2
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供油压力 P2'
P2 P20
-2
-1
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1
FL（N）
2
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有杆腔( PS 10MPa )
结论2： 分析与设计方法与对阀称控非缸对电称液缸伺液压服伺系服统系统不同
§1-2 阀控非对称缸的静态特性
y FL(=mLg) mL
A2
P2 (P2')
Q1 A (Q1')
A1 P1(P1')
Q2 (Q2')
4 1 23
A
PS
P0
A—A w=4h
或 Xv w=2h
阀控非对称缸液压伺服系统
假设条件：
1、理想零开口四通滑阀，
10
10
P 1 ,P1 ' ,P 1 0
P 2 ，P 2 '，P 2 0
5
5
0
0
-2
-1
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FL （N ）
2
3
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无杆腔压力变化
-2
-1
0
1
FL （N ）
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有杆腔压力变化
xv 0
xv 0 xv 0
P1
nPs FL / 1n
A1
P1 0
n PS
FL A1
1 n
P' nPs FL / A1
结论1： 非对称缸电液伺服系统远比对称缸系统复杂，控制起来存在许 多问题。
问题2、阀控非对称缸的设计和分析与阀控对称缸的设计分析是否一样？ 设计过程一样： 负载特性动力机构设计负载匹配优化设计结果 分析方法不一样： 1）是否存在液压固有频率，如何确定？ 2）仿真分析如何做？传统的分析方法是否可行等？
1
1n
压差 P1 0
P2
Ps
FL / 1n
A1
P2 0
PS
FL A1
1 n
P' Ps FL / A1
2
1n
阀控非对称缸液压伺服系统P2 0
P1(MPa) P2(MPa)
阀与缸不完全匹配（ m≠n ）
15
10 p1'
5
p 1
0
-5-2
-1
0
1
2
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FL(N)
x 104
无杆腔的压力变化(m≠n)
xv 0
xv 0 xv 0
压差
P1
n3Ps FL 1n3
/
A1
P1 0
n PS
FL A1
1 n
P2'
Ps
n2FL 1n3
/
A1
P2 0
PS 1
FL A1 n
PP 1'1nPPs11'FnPL13/A1nP1s(1n阀3n控2)非对称缸液压伺服系统P2'P2Ps1nP22Fn'L3/ AP 1 2 Ps1(1nn32)
PP22
P2
bb)) 双双出出杆杆对对称称缸缸A1A1 A2A2
b) 双出杆对称缸 A1 A2
xv xv
xv
P1
P2
PP1 1
P2
A1
P2
A1 A1
A2
A2 A2
xv
c) 单出杆对xv 称xv缸 A1 A2
c)c)单单 出出 杆对杆称对缸称A缸1 AA12 A2
特点：单出杆，作用面积相同，运动 速度相同
阀控非对称缸液压伺服系统
§1-1研究的目的意义 2、非对称缸的应用 1、六自由度运动模拟系统
2、振动模拟系统
3、道路模拟系统
阀控非对称缸液压伺服系统
§1-1研究的目的意义
3、阀控非对称缸的特点
问题1、阀控非对称缸的控制与阀控对称缸的控制是否一样？
①换向压力突跳问题，易出现气蚀和超压现象； ②两个方向上系统动特性不对称； ③本质的非线性，尤其在分析系统大扰动稳定性和大给定下的动态 品质时，就不易近似的作为线性系统处理，传统的传递函数方式不 适用，需要采用状态空间进行描述
P1P1' P1n(m n32 m n22)Ps P2P2' P2(m 阀n23控非nm 2对)2P称s 缸液压伺服系统
对称阀与非对称缸
15
P1 （MPa）
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P1' P10
P1
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P1
0 气蚀区
-2 -1
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FL（N）
2
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阀与缸完全匹配（m=n）
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P2 （MPa）
15 超压区
10
5 P2
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10 P2'
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P2 0
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FL(N)
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x 104
有杆腔的压力变化(m≠n)
x 0 v
P1 n3Psm2m2nF3L / A1
xv 0
P' nm2Ps m2FL/A1
1
m2n3
P2
n2(Ps FL / m2 n3
A1)
P' m2Ps n2FL/ A1
2
m2 n3
无杆腔： 有杆腔：
四个节流窗口匹配且对称
2、节流窗口处的流动为紊
流。液体压缩量的影响在
阀中可以忽略；
3、阀具有理想的响应能力，
即对于阀芯位移和阀压降
的变化响应的流量变化能
瞬间发生；
4、供油压力恒定，回油压
力为零；
h 5、连接管路短而粗、流体
质量影响和管路动态影响
忽略不计；
6、液压缸每个工作腔内压
h
力相同，油液温度和容积 弹性模型恒定；
供油压力 P2'
P2 P20
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FL（N）
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P2 （MPa ）
P1 （MPa ）
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P 1 ,P1 ' ,P 1 0
P 2 ，P 2 '，P 2 0
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FL （N ）
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阀与缸不完全匹配（ m≠n ）
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0
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FL （N ）
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1P、1 什么是非对称缸P2
PP11
A2
P2 P2
A1
A1A1
A2A2
a) 单出杆非对称缸 A1 A2
a) a)
单单出出杆杆非非对对称称缸缸A1
A2 A1
A2
P1
P2
P1
P2
P1
P2
AA1 1
A1
AA2 2
A2
xv
xv xv
特点：两侧的有效作用面积不同，相同流 量情况下，伸出和缩回的速度不同
特点：活塞两端杆径相同，运动特性 相同
P1(MPa)
wenku.baidu.com
10 p1'
5
p 1
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P2(MPa)
10 P2'
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P1P1' P1nP1s(1n3n2) P2 P2' P2 Ps1(1nn32)
第一章 阀控非对称缸液压伺服系统
内容安排： 1、研究目的意义 2、对称阀控制非对称缸的静态特性 3、对称阀控制非对称缸的动态特性 4、对称阀控制非对称缸在静动态特性方面存在的问题 5、非对称阀控制非对称缸的动态特性 6、应用非线性状态方程分析阀口误差对系统压力特性 的影响
阀控非对称缸液压伺服系统
§1-1研究的目的意义
mL
A
B
伺服阀
P0 PS
防气蚀措施：
防气蚀阀组 1、对负荷变化的范围加以限制；
2、增大液压缸的面积；
3、采用防气蚀单向阀组和安全阀，
安全阀组
以及在阀与有杆腔之间的管路上
设置单向节流阀等加以补救。
低压蓄能器
高压蓄能器
阀控非对称缸液压伺服系统
阀与缸完全匹配（m=n）
15
15
P1 （MPa ） P2 （MPa ）
7、液压缸内外泄漏为层流
流动；
8、液压缸为理想单出杆液
压缸
P1 （MPa） P2 （MPa）
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P1' P10
P1
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P1
0 气蚀区
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无杆腔( PS 10MPa )
15 超压区
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5 P2
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供油压力 P2'
P2 P20
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FL（N）
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有杆腔( PS 10MPa )
结论2： 分析与设计方法与对阀称控非缸对电称液缸伺液压服伺系服统系统不同
§1-2 阀控非对称缸的静态特性
y FL(=mLg) mL
A2
P2 (P2')
Q1 A (Q1')
A1 P1(P1')
Q2 (Q2')
4 1 23
A
PS
P0
A—A w=4h
或 Xv w=2h
阀控非对称缸液压伺服系统
假设条件：
1、理想零开口四通滑阀，
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10
P 1 ,P1 ' ,P 1 0
P 2 ，P 2 '，P 2 0
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无杆腔压力变化
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有杆腔压力变化
xv 0
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P1
nPs FL / 1n
A1
P1 0
n PS
FL A1
1 n
P' nPs FL / A1
结论1： 非对称缸电液伺服系统远比对称缸系统复杂，控制起来存在许 多问题。
问题2、阀控非对称缸的设计和分析与阀控对称缸的设计分析是否一样？ 设计过程一样： 负载特性动力机构设计负载匹配优化设计结果 分析方法不一样： 1）是否存在液压固有频率，如何确定？ 2）仿真分析如何做？传统的分析方法是否可行等？
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压差 P1 0
P2
Ps
FL / 1n
A1
P2 0
PS
FL A1
1 n
P' Ps FL / A1
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阀控非对称缸液压伺服系统P2 0
P1(MPa) P2(MPa)
阀与缸不完全匹配（ m≠n ）
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10 p1'
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无杆腔的压力变化(m≠n)
xv 0
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压差
P1
n3Ps FL 1n3
/
A1
P1 0
n PS
FL A1
1 n
P2'
Ps
n2FL 1n3
/
A1
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PS 1
FL A1 n
PP 1'1nPPs11'FnPL13/A1nP1s(1n阀3n控2)非对称缸液压伺服系统P2'P2Ps1nP22Fn'L3/ AP 1 2 Ps1(1nn32)
PP22
P2
bb)) 双双出出杆杆对对称称缸缸A1A1 A2A2
b) 双出杆对称缸 A1 A2
xv xv
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P2
PP1 1
P2
A1
P2
A1 A1
A2
A2 A2
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c) 单出杆对xv 称xv缸 A1 A2
c)c)单单 出出 杆对杆称对缸称A缸1 AA12 A2
特点：单出杆，作用面积相同，运动 速度相同
阀控非对称缸液压伺服系统
§1-1研究的目的意义 2、非对称缸的应用 1、六自由度运动模拟系统
2、振动模拟系统
3、道路模拟系统
阀控非对称缸液压伺服系统
§1-1研究的目的意义
3、阀控非对称缸的特点
问题1、阀控非对称缸的控制与阀控对称缸的控制是否一样？
①换向压力突跳问题，易出现气蚀和超压现象； ②两个方向上系统动特性不对称； ③本质的非线性，尤其在分析系统大扰动稳定性和大给定下的动态 品质时，就不易近似的作为线性系统处理，传统的传递函数方式不 适用，需要采用状态空间进行描述
P1P1' P1n(m n32 m n22)Ps P2P2' P2(m 阀n23控非nm 2对)2P称s 缸液压伺服系统
对称阀与非对称缸
15
P1 （MPa）
10
P1' P10
P1
5
P1
0 气蚀区
-2 -1
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FL（N）
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阀与缸完全匹配（m=n）
15
P2 （MPa）
15 超压区
10
5 P2
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10 P2'
5
P2 0
-5-2
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2
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有杆腔的压力变化(m≠n)
x 0 v
P1 n3Psm2m2nF3L / A1
xv 0
P' nm2Ps m2FL/A1
1
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P2
n2(Ps FL / m2 n3
A1)
P' m2Ps n2FL/ A1
2
m2 n3
无杆腔： 有杆腔：
四个节流窗口匹配且对称
2、节流窗口处的流动为紊
流。液体压缩量的影响在
阀中可以忽略；
3、阀具有理想的响应能力，
即对于阀芯位移和阀压降
的变化响应的流量变化能
瞬间发生；
4、供油压力恒定，回油压
力为零；
h 5、连接管路短而粗、流体
质量影响和管路动态影响
忽略不计；
6、液压缸每个工作腔内压
h
力相同，油液温度和容积 弹性模型恒定；