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315多闭环控制数字液压缸58 32数字液压缸建模59 321传递函数模型60 322状态方程模型67 33理论解析76 331控制结构和参数意义解析76 332系统位移响应特性分析77 333速度特性分析82 334活塞及阀芯平衡位置分析82 335补偿控制分析84 34仿真分析87 341系统阶跃响应特性分析87 342系统供油压力和数字滑阀死区影响仿真分析87 343数字滑阀径向泄漏及传动间隙影响仿真分析92 344反馈形式及刚度影响仿真分析99 345非线性摩擦及Stribeck速度影响仿真分析99 346非对称阀控非对称缸方式分析104 35小结108 参考文献109 第4章一体化数字液压舵机112 41一体化数字液压舵机系统方案设计113 411设计要求113 412系统方案113 42转舵机构及负载特性分析116 421转舵机构分析116 422负载特性分析117 43试验平台设计123 431硬件设计124 432软件系统设计127 44试验与分析131 441空载试验131 442加载试验137 45小结145 参考文献146第5章调距桨数字液压系统模型参考自适应控制147 51模型参考自适应控制的理论基础149 511Popov超稳定理论149 512无零点系统的模型跟随问题149 52模型参考自适应控制器设计151 521系统描述151 522控制器设计152 53控制器仿真研究156 531对阶跃信号响应的仿真研究158 532对外负载扰动的仿真研究159 533对噪声干扰的仿真研究161 534对输入干扰的仿真研究163 54试验验证165 541调距桨数字液压系统试验平台165 542调距桨数字液压系统试验研究170 本章小结175 55小结176 参考文献176 第6章调距桨数字液压系统返步鲁棒自适应控制178 61鲁棒自适应控制的理论基础178 62模型参考Backstepping鲁棒自适应控制器设计179 621系统描述179 622自适应律求解180 623控制器稳定性证明184 63参考模型优化185 64控制器仿真研究187 641对阶跃信号响应的仿真研究188 642对外负载扰动的仿真研究188 643对噪声干扰的仿真研究190 644对时变参数的仿真研究192 65小结194 参考文献194 第7章变频数字液压系统自适应控制195 71变频数字液压系统数学模型及其不确定参数分析195 711变频数字液压系统工作原理195 712变频数字液压系统非线性模型197 713变频数字液压系统非线性模型中的不确定参数及输入饱和现象分析200 72基于自适应滑模控制的变频数字液压系统控制研究201 721不考虑输入饱和的自适应滑模控制器设计202 722考虑输入饱和的自适应滑模控制器设计204 723考虑输入饱和的自适应滑模控制器仿真分析205 73基于自适应模糊控制的变频数字液压分级压力控制研究208 731变频数字液压系统分级压力控制方案设计208 732系统中不确定函数的最佳模糊逼近209 733不考虑输入饱和的自适应模糊控制器的设计210 734考虑输入饱和的自适应模糊控制器的设计213 735考虑输入饱和的自适应模糊控制器仿真分析215 74小结217 参考文献217 第8章数字液压负载敏感系统非线性鲁棒控制220 81数字液压负载敏感系统非线性建模及负载敏感压力设定值研究220 811数字液压负载敏感系统工作原理220 812数字液压负载敏感系统非线性模型221 813数字液压负载敏感系统非线性模型中的不确定参数分析225 814负载敏感压力设定值对系统动态特性的影响及能耗特性的影响227 82不考虑输入饱和的数字液压负载敏感系统动态反馈控制研究230 821数字液压负载敏感系统鲁棒动态反馈控制器设计230 822数字液压负载敏感系统鲁棒动态反馈控制器仿真分析234 83考虑输入饱和的数字液压负载敏感系统静态补偿控制研究237 831考虑输入饱和的静态补偿器设计237 832考虑输入饱和的静态补偿器仿真分析241 84数字液压负载敏感、分级压力、变频控制对比研究243 85小结245 参考文献245 第9章数字液压减摇鳍鲁棒控制247 91数字液压减摇鳍执行机构原理248 92数字液压减摇鳍仿真模型249 921海浪模型249 922船舶横摇模型250 923减摇鳍模型252 924转鳍机构及液压系统建模252 925船舶-减摇鳍-数字液压系统建模254 93考虑输入饱和及状态饱和的减摇鳍控制器设计及减摇仿真256 931考虑输入饱和的状态反馈控制器设计257 932船舶-减摇鳍-液压系统减摇仿真分析262 94基于DSP的数字液压减摇鳍半实物仿真平台组成及工作原理265 941数字液压减摇鳍半实物仿真平台硬件组成266 942上位机程序设计267 95数字液压减摇鳍性能试验及结果分析268 951数字液压减摇鳍鳍角跟踪试验268 952数字液压减摇鳍生摇试验269 953数字液压减摇鳍减摇试验271 96小结273 参考文献273 第10章数字液压缸驱动的Stewart平台控制技术275 101数字液压缸驱动的Stewart平台系统组成276 1011总体构成276 1012控制系统277 1013测试系统278 1014软件设计279 102Stewart平台系统振动的微分方程280 1021系统刚度矩阵280 1022分支局部坐标系282 1023RPY角描述282 1024系统振动的微分方程283 103液压Stewart平台的起动与换向振动285 1031液压Stewart平台振动的解析表达式285 1032液压Stewart平台起动平稳性分析288 1033运动惯性引起的液压冲击290 1034非对称结构引起的压力跃变291 1035试验结果与讨论293 104数字液压缸驱动Stewart平台的鲁棒抑振控制296 1041并联6分支液压伺服系统的数学模型297 1042液压Stewart平台的控制策略探讨299 1043基于摩擦力观测器和理想分支力的前馈力补偿H抑振控制300 105小结310 参考文献311 內容試閱： 液压传动与控制技术作为现代工业的基础和支柱，在国防军工、工程机械、交 通运输、冶金化工等领域发挥着不可或缺的作用。近年来，随着电子技术、计算机 控制技术与液压技术的有机融合，数字液压技术得到了快速发展，有效助力了我国 工程技术的腾飞。国外电液数字技术虽然可追溯至 ２０世纪 ３０年代汽车 ＡＢＳ的开 发，但真正意义上的数字液压研发在 ２０世纪 ６０年代末期才开始，国内 ２０世纪 ７０ 年代末至 ８０年代初期也相继开展了相关研究，至 ２００５年左右取得了较多的技术进 展，时至今日其应用也日益广泛。历经 ４０多年的发展，数字液压技术无论在理论 研究，还是在技术应用上均取得了较大的进展和较多的成果。 目前，对于数字液压的定义国内外比较主流的观点有如下几种。芬兰坦佩雷理 工大学 （ＴａｍｐｅｒｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）的 ＭａｔｔｉＬｉｎｊｉａｍａ多年致力于数字液压元 件的研究，他认为 液压或气动系统依靠一定数量离散的元件灵活地控制系统的 输出。国内一些学者认为，数字液压技术是将液压终端执行元件直接数字化，通 过接受数字控制器发出的脉冲信号和计算机发出的脉冲信号，实现可靠工作的液压 技术，将控制还回给电，而数字化的功率放大留给液压。从以上的主流观点可以将 数字阀归结为狭义的数字阀 （坦佩雷理工大学研究者的观点）与广义的数字阀。 据此，具有流量离散化 （ＦｌｕｉｄＦｌｏｗＤｉｓｃｒｅｔｉｚａｔｉｏｎ）或控制信号离散化 （ＣｏｎｔｒｏｌＳｉｇ ｎａｌＤｉｓｃｒｅｔｉｚａｔｉｏｎ）特征的液压元件，称为数字液压元件 （ＤｉｇｉｔａｌＨｙｄｒａｕｌｉｃＣｏｍｐｏ ｎｅｎｔ），由数字液压元件构成的液压系统称为数字液压系统 （ＤｉｇｉｔａｌＨｙｄｒａｕｌｉｃＳｙｓ ｔｅｍ）。从数字液压阀控液压系统来看，主要有两个方向：增量式数字阀与高速开 关式数字阀控制系统。本书主要研究增量式数字阀 （或称数字步进阀）控制的液 压系统。 作者所在教研团队历经近 ３０年的积极跟踪与研究，在数字步进阀控液压缸及 其相关领域从系统理论建模、控制算法开发、驱动电路设计、实验台架搭建到工程 应用实践等方面开展了一系列工作，先后研制了数字液压驱动的 ６自由度舰艇操纵 模拟器、海洋环境模拟摇摆台，共计 １１台套，新研或改造了共计 ２０余艘舰艇的减 摇鳍，并在舰船调距桨、飞弹折叠翼、一体化舵机等领域开展了相关试验研究，优 点和效果明显。同时，获国家、军队科技进步奖 ４项，发表数字液压及其控制技术 相关论文 ５０余篇 （其中 ＥＩ收录 １０余篇），以数字液压为题培养博士后 １人、博士 ４人、硕士 １１人。基于此，现阶段拟对数字液压控制技术的发展现状及研究成果 进行梳理归纳、总结反思和展望，形成一本相关的学术专著，以进一步夯实数字液 压控制系统设计分析的理论基础及开发应用的实践经验，扩大与同行的学术交流和 技术共享，并为后续人才培养与相关技术开发奠定更加坚实的基础。 本书第 １章介绍了数字液压元件和控制技术的发展概况，第 ２、３章介绍了增 量式数字液压阀和数字液压缸的结构形式及其工作原理，建模和性能研究。第 ４～ １０章介绍了数字液压技术在一体化舵机、调距桨、减摇鳍和 ６自由度 Ｓｔｅｗａｒｔ运动 平台上的应用研究。本书第 １、１０章由彭利坤负责编写，第 ２～４章由陈佳负责编 写，第 ５、６章由宋飞负责编写，第 ７～９章由徐世杰负责编写。本团队进行数字液 压技术研究是在邢继峰教授的引领下开展的，同时他也是本书的主审专家，在此对 他表示由衷地感谢。同时还要感谢曾晓华高工、肖志权博士后、吕帮俊博士、何曦 光讲师、熊先锋讲师、潘炜博士、张阳阳博士、刘磊硕士、王圣利硕士、郭靖硕士 等，正是由于大家的接力研究才使数字液压技术有了今天的成果，可以说本书也是 集体智慧的结晶。 同时，本书也参考了一些国内外同行的文献与研究成果，在此一 并表示感谢。由于时间与水平限制，书中定有不足或错漏之处，敬请读者批评 指正。本书得到了湖北省自然科学基金项目 一体化数字液压作动器效率最优控制 策略研究资助。（项目编号：２０１６ＣＦＢ６１４） 作 者

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