本书是作者十余年在电液伺服系统研究上的总结。首先，介绍了电液伺服系统的组成、国内外发展现状、优缺点等；接着，阐述了电液伺服关键基础元件——电液伺服转阀的设计，分析了电液伺服系统的组成，给出了液压元件及典型系统的数学建模方法；然后，引入了MATLAB、AMESim和CFD等仿真工具，诠释了典型电液伺服系统的仿真过程和结论，为进一步研究和分析不同流体动力元件和系统静态、动态性能打下坚实的基础；最后，本书结合具体的工程应用，利用迭代学习控制、滑模控制、神经网络控制等完成了电液伺服系统非线性环节（饱和、死区、增益、间隙、磁滞、摩擦等）的补偿控制。
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第1章 绪论 1
1.1 电液伺服系统的组成 3
1.1.1 电液伺服系统的基础元件 3
1.1.2 电液伺服系统的辅助元件 6
1.1.3 液压管路和液压油 7
1.1.4 液压元件的符号表示 8
1.1.5 电液伺服系统的基本回路 9
1.2 电液伺服系统的发展现状 10
1.2.1 常规重载大功率电液伺服系统 10
1.2.2 机电液一体化伺服系统 12
1.2.3 电液伺服激振控制系统 13
1.3 电液伺服系统的优缺点 14
1.4 电液伺服系统的发展方向 15
参考文献 16
第2章 新型电液伺服转阀的设计与分析 18
2.1 电液伺服转阀的研究现状 18
2.2 新型电液伺服转阀的设计方案 19
2.3 新型电液伺服转阀的受力分析 20
2.3.1 惯性力矩与黏性摩擦力矩 21
2.3.2 电液伺服转阀的卡紧力 21
2.3.3 电液伺服转阀的稳态液动力 22
2.3.4 电液伺服转阀的瞬态液动力 24
2.3.5 转阀驱动力矩的确定 25
2.4 新型电液伺服转阀阀芯的 CFD仿真 25
2.4.1 转阀阀芯的流场建模 25
2.4.2 关键仿真参数的计算 27
2.4.3 Fluent仿真结果及分析 28
2.5 新型电液伺服转阀的结构优化与改进 38
参考文献 40
第3章 电液伺服系统中溢流阀的动态特性分析 42
3.1 溢流阀的研究现状 42
3.2 溢流阀数值计算的 CFD模型 44
3.2.1 CFD分析的基本假设 44
3.2.2 溢流阀阀芯的受力分析和运动分析 44
3.2.3 溢流阀的 CFD仿真理论及相关设置 46
3.3 锥阀式溢流阀的动态特性研究 50
3.3.1 作为先导级使用的锥阀式溢流阀的几何模型 50
3.3.2 在不同工作条件下锥阀式溢流阀的动态性能仿真及结果分析 51
3.3.3 在不同设定压力下锥阀式溢流阀的 CFD仿真结果分析 54
3.3.4 在给定流量下锥阀式溢流阀的 CFD仿真结果分析 55
3.4 不同参数对溢流阀动态特性的影响 57
3.4.1 锥阀式直动溢流阀模型 57
3.4.2 不同公称通径溢流阀的动态特性分析 60
3.4.3 阻尼对溢流阀动态特性影响的 CFD分析 63
3.4.4 弹簧刚度的影响 65
3.4.5 压力跃变程度的影响 66
参考文献 66
第4章 电液伺服系统中管路的动态特性分析 69
4.1 液压管路基本元素的建模分析 69
4.1.1 液阻的建模分析 69
4.1.2 液阻串并联管路的动态特性 71
4.1.3 液容的建模分析 76
4.1.4 阻容型液压管路的动态特性 76
4.1.5 液感的建模分析 81
4.2 管路振动和压力传递的分析 82
4.2.1 管路数学模型的理论推导 82
4.2.2 水锤的基本运动方程 85
4.3 液压管路的仿真 85
4.3.1 AMESim中液压管路的仿真 85
4.3.2 实际液压管路的动态特性 87
4.4 高压大流量管路的 CFD仿真分析 89
4.4.1 管路几何模型的建立 90
4.4.2 网格独立性和步长独立性验证 92
4.4.3 湍流参数设置 95
4.4.4 仿真结果分析 95
4.4.5 流致管路振动及分析 97
4.4.6 阀致管路振动及分析 100
4.4.7 不同流速下监测点的轴向速度 101
4.4.8 增加管壁厚度对水锤的影响 103
参考文献 104
第5章 电液伺服系统中基础液压元件的数学建模 106
5.1 作动类液压元件的建模与仿真 106
5.1.1 液压泵的数学模型 106
5.1.2 液压马达的数学模型 109
5.1.3 电液伺服缸的数学模型 109
5.1.4 单液压泵油源系统的仿真 110
5.1.5 多泵合流液压油源系统的仿真 112
5.2 控制阀类液压元件的建模与仿真 116
5.2.1 电液伺服阀的数学模型 116
5.2.2 比例溢流阀的数学模型 121
5.2.3 安全阀的数学模型 123
5.2.4 电液伺服阀的参数辨识与仿真 123
5.2.5 大流量多级电液伺服阀的仿真 129
5.3 蓄能器的建模与仿真 134
5.3.1 常用蓄能器的数学模型 134
5.3.2 系统中常用蓄能器的仿真 136
5.3.3 多蓄能器液压系统的仿真 141
参考文献 146
第6章 典型电液伺服系统的数学建模 148
6.1 典型电液伺服系统的结构 148
6.2 伺服阀控伺服缸系统 149
6.2.1 伺服阀控单输出伺服缸系统 149
6.2.2 伺服阀控双输出伺服缸系统 151
6.3 伺服阀控液压马达系统 152
6.4 伺服泵控双输出伺服缸系统 153
6.5 伺服泵控液压马达系统 154
6.6 伺服阀控双输出伺服缸系统的仿真分析 156
参考文献 157
第7章 电液伺服系统的典型非线性环节 159
7.1 饱和非线性 159
7.1.1 饱和非线性的数学表达式 159
7.1.2 饱和非线性的特性分析 160
7.2 死区非线性 161
7.2.1 死区非线性的数学表达式 161
7.2.2 死区非线性的特性分析 161
7.3 增益非线性 163
7.3.1 增益非线性的数学表达式 163
7.3.2 增益非线性的特性分析 163
7.4 间隙非线性 165
7.4.1 间隙非线性的数学表达式 165
7.4.2 间隙非线性的特性分析 166
7.5 磁滞非线性 167
7.5.1 磁滞非线性的数学表达式 167
7.5.2 磁滞非线性的特性分析 168
7.6 摩擦非线性 169
7.6.1 摩擦非线性的基础特征 169
7.6.2 静态摩擦力模型 170
7.6.3 动态摩擦力模型 171
7.6.4 LuGre模型参数辨识 174
7.6.5 常用的摩擦补偿控制策略 175
参考文献 176
第8章 电液伺服系统摩擦非线性的补偿控制 177
8.1 伺服加载系统的结构及其数学模型 177
8.2 非线性摩擦的机理与模型辨识 178
8.2.1 摩擦现象及其影响 178
8.2.2 摩擦模型的辨识 179
8.3 非线性摩擦的补偿控制 182
8.3.1 迭代学习控制 182
8.3.2 滑模控制 184
8.3.3 基于迭代学习的滑模摩擦补偿控制器设计 185
8.3.4 非线性摩擦补偿控制器的仿真研究 187
参考文献 190
第9章 电液伺服系统负载非线性的补偿控制 192
9.1 电液伺服系统的负载非线性 192
9.1.1 非线性负载的工程实例 192
9.1.2 非线性负载的数学模型 193
9.1.3 非线性负载的测定实验 194
9.2 非线性变负载补偿控制的实现 194
9.2.1 PD型迭代学习控制器的设计 194
9.2.2 非线性变负载补偿控制的仿真验证 196
9.2.3 非线性变负载补偿控制的实验验证 199
参考文献 203
第10章 电液伺服系统耦合非线性的补偿控制 205
10.1 双向电液伺服系统的耦合非线性 205
10.1.1 非线性耦合的工程实例 205
10.1.2 非线性耦合的数学模型 207
10.1.3 非线性耦合的测定实验 208
10.2 非线性耦合补偿控制的实现 210
10.2.1 双向同步迭代学习控制器的设计 210
10.2.2 非线性耦合补偿控制的仿真验证 213
10.2.3 非线性耦合补偿控制的实验验证 215
参考文献 217
第11章 电液伺服系统多环节复合非线性的补偿控制 219
11.1电液伺服系统的多环节复合非线性 219
11.1.1 多环节复合非线性的模型 219
11.1.2 多环节复合非线性的仿真设计 220
11.2多环节复合非线性补偿控制的实现 221
11.2.1 神经网络抗负载效应控制器的设计 221
11.2.2 多环节复合非线性补偿控制的仿真验证 226
11.2.3 多环节复合非线性补偿控制的实验验证 226
参考文献 227
第12章 电液伺服系统非正弦激振波形畸变的校正控制 228
12.1 激振控制的实现方式 228
12.2 电液伺服力激振控制系统的结构组成 230
12.3 频率箱调节器的设计 231
12.3.1 频率箱调节器的工作原理 231
12.3.2 频率箱调节器的实施步骤 232
12.4 非正弦激振波形畸变校正控制的实现 233
12.4.1 非正弦激振波形畸变校正控制的仿真验证 233
12.4.2 非正弦激振波形畸变校正控制的实验验证 236
参考文献 238
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