內容簡介
書名MATLAB Simulink與液壓控制系統仿真（第2版）
書號978-7-118-08179-4
作者宋志安等
出版時間2012年8月
譯者
版次2版1次
開本16
裝幀平裝
出版基金
頁數427
字數619
中圖分類TH137
叢書名
定價46.00
內容簡介本書全面系統地介紹了液壓控制工程與MATLAB/ Simulink 仿真相結合的套用成果。本書共分12 章,前10 章介紹了基於MATLAB 的液壓伺服控制理論、通過實例介紹了自動控制理論在MATLAB 中的實現,主要介紹了伺服閥、動力機構、機液伺服系統和電液伺服系統的基本內容和理論,為分析、研究、液壓元件選型奠定基礎;並結合實例講解了安全、可靠和有效地套用液壓控制技術;介紹了油源品質要求和恆壓能源的數學模型及污染控制,與現代控制理論相關方面的內容。第11 章非線性液壓控制系統。
目錄
第1 章 緒論…………………………… 1
1.1 液壓控制系統的工作原理及組成………………………………… 2
1.1.1 液壓控制系統的工作原理……… 2
1.1.2 液壓控制系統的組成…………… 4
1.2 液壓控制系統的分類……………… 4
1.3 液壓控制系統的優缺點…………… 5
1.3.1 液壓伺服控制的優點…………… 5
1.3.2 液壓伺服控制的缺點…………… 6
1.4 液壓控制系統的套用……………… 6
1.5 機電控制系統仿真基本概念……… 7
1.6 液壓控制系統的研究內容與研究
方法………………………………… 9
習題……………………………………… 11
第2 章 基於MATLAB 的液壓控制系統理論基礎…………………… 12
2.1 引言……………………………… 12
2.2 液壓控制系統的基本性質……… 12
2.2.1 開環控制系統與閉環控制系統…………………………… 12
2.2.2 液壓控制系統組成結構……… 14
2.2.3 液壓控制系統的品質要求…… 14
2.2.4 液壓控制系統的典型輸入信號…………………………… 15
2.2.5 液壓控制系統的常用研究方法…………………………… 17
2.3 液壓控制系統的數學模型……… 17
2.4 MATLAB 的仿真集成環境Simulink ………………………… 32
2.4.1 傳遞函式方框圖……………… 32
2.4.2 仿真工具Simulink …………… 35
2.5 MATLAB/ Simulink 在時域分析中的套用……………………………… 41
2.6 系統的頻率特性………………… 43
2.6.1 頻率回響……………………… 43
2.6.2 頻率特性伯德圖示法………… 44
2.6.3 穩定裕度……………………… 46
2.6.4 穩態性能計算………………… 48
2.7 線性系統的根軌跡分析………… 50
2.7.1 二階系統的根軌跡分析……… 50
2.7.2 根軌跡繪製原理……………… 54
2.7.3 繪製根軌跡的MATLAB工具…………………………… 54
2.8 基於伯德圖的系統綜合與校正… 55
2.8.1 相位超前校正………………… 56
2.8.2 相位滯後校正………………… 60
2.8.3 相位滯後—超前校正………… 63
習題……………………………………… 70
第3 章 液壓控制閥………………… 72
3.1 圓柱滑閥的結構形式及分類…… 72
3.2 閥芯液壓力……………………… 74
3.2.1 液體的壓縮性分析…………… 74
3.2.2 滑閥受力分析………………… 76
3.2.3 滑閥的驅動力………………… 80
3.3 液壓橋路………………………… 80
3.4 滑閥靜態特性的一般分析……… 84
3.4.1 滑閥壓力—流量方程的一般表達式………………………… 84
3.4.2 滑閥的靜態特性曲線………… 86
3.4.3 閥的線性化分析和閥的係數… 87
3.5 零開口四邊滑閥的靜態特性…… 88
3.6 實際零開口四邊滑閥的靜態特性……………………………… 91
3.7 正開口四邊滑閥的靜態特性…… 93
3.8 雙邊滑閥的靜態特性…………… 95
3.9 噴嘴擋板閥……………………… 98
3.9.1 單噴嘴擋板閥的靜態特性…… 98
3.9.2 雙噴嘴擋板閥的靜態特性…… 101
3.9.3 作用在擋板上的液流力……… 108
3.9.4 噴嘴擋板閥的設計…………… 110
3.10 滑閥的輸出功率及效率……… 111
3.11 滑閥的設計…………………… 113
3.11.1 結構形式的選擇…………… 113
3.11.2 主要參數的確定…………… 113
習題…………………………………… 115
第4 章 液壓動力機構……………… 116
4.1 液壓動力機構與負載的匹配…… 116
4.1.1 負載的類型及特性…………… 117
4.1.2 等效負載的計算……………… 121
4.1.3 液壓動力元件地輸出特性…… 123
4.1.4 動力機構與負載匹配………… 124
4.2 對稱閥四通閥控對稱液壓缸…… 127
4.2.1 基本方程……………………… 127
4.2.2 方塊圖與傳遞函式…………… 129
4.3 對稱閥控非對稱液壓缸………… 137
4.4 四通閥控液壓馬達……………… 142
4.5 三通閥控制液壓缸……………… 143
4.5.1 基本方程……………………… 144
4.5.2 傳遞函式……………………… 144
4.6 泵控液壓馬達………………… 146
4.6.1 基本方程……………………… 147
4.6.2 傳遞函式……………………… 148
4.6.3 泵控液壓馬達與閥控液壓馬達的比較………………………… 149
思考題………………………………… 149
習題…………………………………… 150
第5 章 機液伺服系統……………… 151
5.1 閥控液壓缸外反饋機液位置伺服系統……………………………… 151
5.2 機液伺服系統的穩定性分析…… 153
5.2.1 Routh 穩定判據……………… 153
5.2.2 機液伺服系統的穩定性判據和穩定裕量……………………… 155
5.2.3 穩定性計算舉例……………… 157
5.3 影響穩定性的因素……………… 162
5.3.1 主要結構參數的影響………… 162
5.3.2 結構剛度對穩定性的影響…… 162
5.4 動壓反饋裝置…………………… 166
5.5 液壓轉矩放大器………………… 170
5.5.1 結構原理……………………… 170
5.5.2 方框圖及傳遞函式…………… 171
5.5.3 液壓轉矩放大器穩定計算舉例…………………………… 172
5.6 機液伺服系統的穩態誤差……… 174
5.6.1 跟隨誤差計算………………… 175
5.6.2 負載誤差計算………………… 176
5.6.3 影響系統工作精度的因素…… 177
5.6.4 液壓伺服系統穩態誤差計算舉例…………………………… 177
思考題………………………………… 179
習題…………………………………… 179
第6 章 電液伺服閥………………… 181
6.1 電液伺服閥的組成及分類……… 181
6.1.1 電液伺服閥的組成…………… 181
6.1.2 電液伺服閥的分類…………… 182
6.2 力矩馬達………………………… 183
6.2.1 力矩馬達的分類及要求……… 183
6.2.2 永磁動鐵式力矩馬達………… 184
6.2.3 永磁動圈式力馬達…………… 188
6.2.4 動鐵式力矩馬達與動圈式力馬達的比較………………………… 188
6.3 單級滑閥式電液伺服閥………… 188
6.3.1 動鐵式單級電液伺服閥……… 189
6.3.2 動圈式單級電液伺服閥……… 196
6.4 力反饋兩級電液伺服閥………… 198
6.4.1 工作原理……………………… 199
6.4.2 基本方程與方塊圖…………… 199
6.4.3 力反饋伺服閥的穩定性分析…………………………… 203
6.4.4 力反饋伺服閥的傳遞函式…… 207
6.4.5 力反饋伺服閥的頻寬………… 208
6.4.6 力反饋伺服閥的靜態特性…… 210
6.4.7 力反饋伺服閥的設計計算…… 210
6.5 直接反饋兩極滑閥式電液伺服閥…………………………… 213
6.6 電液伺服閥的特性及主要的性能指標……………………………… 216
6.6.1 靜態特性……………………… 216
6.6.2 動態特性……………………… 219
6.6.3 輸入特性……………………… 219
思考題………………………………… 220
習題…………………………………… 221
第7 章 電液伺服系統……………… 222
7.1 電液伺服系統的類型…………… 222
7.2 電液位置伺服系統的分析……… 223
7.3 電液伺服系統的校正…………… 235
7.3.1 滯後校正……………………… 235
7.3.2 速度與加速度反饋校正……… 237
7.3.3 壓力反饋和動壓反饋校正…… 239
7.4 電液速度控制系統……………… 240
7.4.1 閥控馬達速度控制系統……… 240
7.4.2 泵控馬達速度控制系統……… 242
7.5 電液力控制系統………………… 248
思考題………………………………… 256
習題…………………………………… 256
第8 章 液壓伺服系統設計………… 258
8.1 液壓伺服系統的設計步驟……… 258
8.1.1 明確設計要求………………… 258
8.1.2 擬定控制方案,畫出系統原理圖………………………… 259
8.1.3 確定液壓動力元件參數,選擇系統元件……………………… 259
8.1.4 動態計算……………………… 262
8.1.5 檢驗系統靜、態品質,需要時對系統進行校正………………… 262
8.2 電液位置伺服系統設計舉例…… 262
8.3 電液速度控制系統設計舉例…… 275
思考題………………………………… 283
習題…………………………………… 283
第9 章 液壓能源…………………… 284
9.1 對油源品質的要求……………… 284
9.2 液壓能源的基本形式…………… 285
9.3 恆壓能源的動態分析和參數選擇……………………………… 286
9.3.1 定量泵—溢流閥恆壓能源…… 286
9.3.2 變數泵—恆壓能源…………… 289
9.4 液壓能源與負載的匹配………… 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 過濾器………………………… 294
習題…………………………………… 297
第10 章 液壓系統的現代控制方法………………………… 298
10.1 最優二次型控制的基本理論… 300
10.1.1 最優控制的基本內容與定義………………………… 300
10.1.2 最優二次型的基…………… 300
10.2 二次型最佳化理論在液壓伺服系統中的套用………………… 302
10.3 負載干擾的補償……………… 305
10.4 採用狀態觀測器實現干擾的補償…………………………… 308
10.5 狀態空間表達式的建立……… 314
10.5.1 由結構圖模型建立狀態空間表達式……………………… 314
10.5.2 由傳遞函式模型建立狀態空間表達式………………… 317
10.6 狀態變換……………………… 321
10.6.1 狀態向量的非唯一性及特徵不變性……………………… 321
10.6.2 常用標準型………………… 323
10.6.3 MATLAB 下建立狀態空間模型………………………… 326
10.7 系統能控性和能觀性………… 327
10.7.1 能控性……………………… 328
10.7.2 能觀性……………………… 329
10.7.3 單輸入系統的能控標準型和能觀標準型………………… 331
10.7.4 基於MATLAB 的能控性與能觀性分析………………… 333
10.8 李雅普諾夫穩定性與判別方法…………………………… 337
10.8.1 李雅普諾夫的穩定性判據… 337
10.8.2 線性定常系統的李雅普諾夫穩定性分析………………… 338
10.8.3 基於MATLAB 的李雅普諾夫穩定性分析………………… 338
10.9 線性定常系統的設計與綜合… 341
10.9.1 狀態反饋實現極點配置…… 341
10.9.2 最優控制系統的設計……… 347
習題…………………………………… 350
第11 章 非線性控制系統…………… 354
11.1 非線性系統概述……………… 354
11.1.1 典型的非線性特性………… 354
11.1.2 非線性系統的特點………… 356
11.2 非線性元件的描述函式……… 357
11.2.1 描述函式的基本概念……… 357
11.2.2 非線性元件描述函式……… 358
11.3 用描述函式分析非線性控制系統…………………………… 361
11.4 相軌跡………………………… 362
11.4.1 相軌跡的基本概念………… 362
11.4.2 相軌跡的繪製……………… 363
11.4.3 奇點的分類與極限環……… 365
11.4.4 由相軌跡求系統的瞬態相應………………………… 366
11.5 非線性系統的相平面分析…… 366
11.5.1 具有分段線性的非線性系統………………………… 367
11.5.2 繼電器型非線性系統……… 368
11.6 非線性因素對穩定性的影響… 370
11.7 利用Simulink 仿真平台分析非線性液壓控制系統實例…… 376
習題…………………………………… 383
第12 章 離散控制系統輔助設計…… 385
12.1 概 述………………………… 385
12.1.1 離散控制系統的基本組成… 385
12.1.2 數字控制系統工作過程…… 386
12.1.3 離散控制系統的基本特點… 386
12.1.4 離散控制系統的研究方法… 386
12.2 離散信號的數學描述………… 388
12.2.1 採樣過程及採樣定理……… 388
12.2.2 保持器的數學描述………… 389
12.3 Z 變換………………………… 391
12.3.1 離散信號的Z 變換………… 391
12.3.2 Z 變換和Z 反變換的MATLAB實現………………………… 393
12.4 離散控制系統的數學模型…… 395
12.4.1 離散系統的時域數學模型… 395
12.4.2 離散系統頻域數學模型…… 397
12.5 離散控制系統分析…………… 400
12.5.1 離散控制系統的穩定性…… 400
12.5.2 採樣周期與開環增益對穩定性的影響……………………… 402
12.5.3 離散控制系統MATLAB 時域回響和頻域回響…………… 405
12.6 頻率特性和根軌跡設計……… 411
習題…………………………………… 416
參考文獻……………………………… 418
