《液压伺服与比例控制系统》教学大纲.docx
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《液压伺服与比例控制系统》教学大纲
液压伺服与比例控制系统课程教学大纲
英文名称：
Hydraulicservoandproportionalcontrolsystem课程编码：
01111490
学时：
40学分：
2.5
课程性质：
专业方向限选课课程类别：
理论课
先修课程：
液压流体力学、液压元件和液压传动系统、电磁理论、控制理论基础、模拟电子电路和数字电子电路
开课学期：
第七学期
适用专业：
机电控制工程方向
一、课程综述
1.1教学目标（参照课程能力要求制定）
本课程是流体传动及控制专业的一门重要的专业课程，教学过程应实现如下目标。
（1）使学生了解液压伺服与比例控制系统的现状、前沿及发展趋势；
（2）使学生掌握液压伺服与比例控制领域的基本理论及相关应用技术；
（3）使学生掌握液压控制元件的基本性能；
（4）使学生初步掌握文献检索、资料查询、调研及运用现代信息技术获取相关信息的基本方法；
（5）使学生初步具备实验数据分析和解释的能力；
（6）使学生初步掌握液压伺服系统分析、设计和应用的基本方法；
（7）使学生具备一定的调整、维护知识和实验技能；
（8）使学生具备一定的工程概念；
（9）培养学生的责任感和职业道德；并使学生具备一定的组织管理能力、较强的表达能力和人际交往能力以及在团队中发挥作用的能力，初步具备交流、竞争与合作能力。
1.2课程能力矩阵
序号
能力
程度
绪
论
第2章
第3章
第4章
第5章
第6章
第7章
讨论课
三级项目
作业
实验
准
备
汇报
讨论
实
施
报
告
答
辩
实
施
报
告
1
使学生了解液压伺服与比例控制系统的现状、前沿及发展趋势
了解认知
+
初步掌握
综合运用
2
使学生掌握伺服阀、比例阀分类，及其功能和应用
了解认知
初步掌握
+
综合运用
3
使学生能够掌握液压动力元件的数学模型及参数对其动态特性的影响规律
了解认知
初步掌握
+
综合运用
4
了解机液伺服系统数学模型及结构柔度对其动态特性的影响，掌握动压反馈装置及液压转矩放大器的工作原理
了解认知
+
初步掌握
综合运用
+
5
掌握电液伺服阀基本结构及组成、分类，力（矩）马达工作原理及其参数对伺服阀性能的影响；典型电液伺服阀工作原理、数学模型、动态特性及其初步设计计算；熟悉常用电液伺服阀特性及性能指标。
了解认知
+
初步掌握
+
+
综合运用
+
+
6
掌握电液位置控制系统的基本分析方法，掌握弹性负载和无弹负载的位置伺服或比例控制系统的分析方法；了解电液速度/力控制系统的分析方法，了解伺服控制系统的分析方法和校正方法。
了解认知
+
初步掌握
综合运用
7
掌握液压伺服、比例控制系统设计步骤，通过例子掌握设计方法
了解认知
+
初步掌握
综合运用
8
认识液压伺服与比例控制系统对客观世界和工业生产的影响
了解认知
+
+
+
初步掌握
综合运用
+
+
8
掌握文献检索、资料查询、调研的基本方法
了解认知
初步掌握
+
+
+
综合运用
9
掌握运用现代信息技术获取相关信息的基本方法。
了解认知
+
初步掌握
+
+
综合运用
10
使学生初步掌握液压控制元件的建模及分析方法。
了解认知
+
初步掌握
综合运用
+
+
11
使学生能够综合运用所学知识进行液压伺服与比例系统的设计、建模、分析和校正
了解认知
初步掌握
+
+
+
综合运用
+
+
12
培养学生的责任感和职业道德
了解认知
初步掌握
+
+
+
+
+
+
+
+
综合运用
13
学生具备一定的组织管理能力、较强的表达能力、人际交往能力及在团队中发挥作用的能力
了解认知
初步掌握
+
+
+
+
+
综合运用
14
培养学生的自我学习能力
了解认知
初步掌握
+
+
+
+
+
+
综合运用
15
使学生初步具备进行实验的能力
了解认知
初步掌握
+
综合运用
16
使学生初步具备实验数据分析和解释的能力
了解认知
初步掌握
+
综合运用
17
使学生具备较强的计算机三维建模和控制系统仿真分析能力
了解认知
初步掌握
+
综合运用
1.3目标能力达成度的评价
（1）目标能力1、2、3、4、5、6的达成度通过结课考试进行考评；
（2）目标能力3、4、5、6的达成度通过结课考试和讨论课成绩综合考评；
（3）目标能力8、9、10、11的达成度通过讨论课和三级项目成绩综合考评；
（4）目标能力12的达成度通过平时作业、结课考试、讨论课和三级项目成绩综合考评；
（5）目标能力13的达成度通过讨论课和三级项目成绩综合考评；
（6）目标能力14的达成度通过平时作业、讨论课、三级项目和实验成绩综合考评；
（7）目标能力15、16的达成度通过实验成绩进行考评；
（8）目标能力17的达成度通过三级项目成绩进行考评；
1.4教学安排
本课程由课堂教学、讨论课、三级项目及实验四部分组成。
课堂教学围绕本门课程的基本概念、公式及相关设计计算，以讨论课和三级项目为牵引，采用综合运用探究式、启发式和互动式的教学方法，并辅助大量的实物及现场图片、影像资料等进行授课。
讨论课共两次，分别设置在第四章及第六章结束后进行。
讨论课分别围绕液压伺服比例控制元件及液压伺服比例控制系统的相关理论及设计方法进行探讨。
三级项目以围绕液压伺服比例控制元件及液压伺服比例控制系统的相关理论及设计方法为内容，以工业上常见的电液伺服阀及电液位置/速度/力控制系统为对象，要求学生分组完成液压主控元件的设计分析、液压控制系统的设计分析及校正等工作。
本课程包含三次实验，分别针对本课程的基本概念和理论进行实验验证。
本课程的学时安排如下表：
讲课内容
学时
讲课
实验
讨论
1
绪论
2
2
液压放大元件
6
2
3
液压动力元件
4
2
4
机液伺服系统
4
5
电液伺服阀
4
2
2
6
电液伺服系统
4
2
7
液压伺服系统的设计
4
2
总学时
40
三级项目
8
1.5课程要求及成绩评定
本门课程依据全程监控的理念进行考核。
课程考核包括6个部分，分别为出勤、作业、讨论课、项目、实验和结课考试。
具体要求及评分方法如下：
（1）出勤本门课程的所有环节均要求学生参与并签到，不得缺勤。
出勤成绩占总成绩的5%。
每缺勤一次扣1分。
无故缺勤5次者，取消本门课程的考试资格；
（2）作业本门课程有6次课内作业，要求学生必须独立完成并在规定课程上课前提交，上课后不再接收作业。
上课前不能提交作业者，按未按时提交作业处理。
作业成绩占总成绩的5%。
未按时提交作业或作业有抄袭（雷同）现象的，该次作业成绩按零分计。
教师会将批改后的作业下发，要求学生认真学习，并妥善保管，结课时统一上交。
作业遗失者作业成绩为零分。
（3）讨论课本门课程设有3次讨论课，要求学生按照讨论题目分组查阅资料，归纳总结，撰写报告，制作汇报用PPT。
讨论课采用抽签的方式确定汇报人及由哪组进行汇报。
每次讨论课占总成绩的5%；
（4）三级项目本门课程设有一个三级项目。
要求学生按照三级项目题目分组查阅资料，完成液压动力元件及伺服比例控制系统设计分析及校正，撰写项目研究报告并制作汇报用PPT。
项目采用答辩的形式进行考核。
项目成绩占总成绩的20%；
（5）实验本门课程设有三次实验课，要求学生认真准备，全程参与，并独立完成并按时提交实验报告。
未按时提交实验报告或实验报告有抄袭现象的，该次实验成绩按零分计。
实验成绩占总成绩的10%；
（6）结课考试结课考试占总成绩的50%。
二、课程的基本内容
第一章绪论
[教学目的与要求]：
目的是使学生了解课程的目的与任务，与其它课程之间的关系，课程在工程及科学研究方面的意义，培养课程兴趣。
要求学生对液压伺服与比例控制系统的工作原理、分类方法、基本组成牢记在心，同时对本门课程的前沿发展方向有所了解。
[本章主要内容]：
第一节液压伺服控制系统的工作原理及组成
第二节液压伺服控制的分类
第三节液压伺服控制的优缺点
第四节液压伺服控制的发展和应用
[本章重点]：
液压伺服与比例控制系统的工作原理、组成及分类。
[本章难点]：
无
第二章液压放大元件
[教学目的与要求]：
目的是使学生重点掌握液压放大元件的基本理论及一些典型液压放大元件的数学建模及分析方法，培养学生的软件分析能力和工程实践理念。
要求对常见液压放大元件的基本理论有所了解，并重点研究圆柱滑阀的结构形式及分类方法，理想零开口、正开口四边滑阀的静态特性，理想零开口、正开口双边滑阀的静特性，阀系数的推导与计算，滑阀的受力分析和计算，理想零开口四边滑阀的效率和设计；掌握力反馈二级电液伺服阀、直接反馈两极滑阀式电液伺服阀的传递函数推导方法。
同时对电液比例控制阀组成和分类、静动态特性、选择方法有所了解。
[本章主要内容]：
第一节圆柱滑阀的结构型式及分类
第二节滑阀静态特性的一般分析
第三节零开口四边滑阀的静态特性
第四节正开口四边滑阀的静态特性
第五节双边滑阀的静态特性
第六节滑阀受力分析
第七节滑阀的输出功率及效率
第八节滑阀的设计
第九节喷嘴挡板阀
第一十节射流管阀
[本章重点]：
滑阀静态特性的一般分析、零开口四边滑阀的静态特性、正开口四边滑阀的静态特性、双边滑阀的静态特性、滑阀受力分析及滑阀的输出功率及效率。
[本章难点]：
滑阀机理的液阻理论分析方法，滑阀受力分析。
第三章液压动力元件
[教学目的与要求]：
目的是使学生重点掌握液压元件的数学模型、动态特性，尤其是常见的四通阀控液压缸的相关理论，同时结合工程案例和软件辅助的方式使学生达到对枯燥理论的深入理解。
要求学生能够自主分析四通阀控液压缸参数对其动态特性的影响；并能够推导其他形式的液压动力元件基本理论，掌握一些二次调节技术及液压动力元件与负载匹配的方法。
[本章主要内容]：
第一节四通阀控制液压缸
第二节四通阀控制液压马达
第三节三通阀控制液压缸
第四节泵控液压马达
第五节液压动力元件与负载的匹配
[本章重点]：
四通阀控制液压缸、四通阀控制液压马达。
[本章难点]：
四通阀控制液压缸的数学模型建立及分析，四通阀控液压缸参数对其动态特性的影响分析。
第四章机液伺服系统
[教学目的与要求]：
目的是使学生对机液位置伺服控制系统的基本理论有所了解，掌握结构刚度、液压刚度对系统动态特性的影响，掌握动压反馈等改善伺服系统阻尼特性的技术及理论问题。
要求学生能够对机液位置伺服控制系统的数学模型、动态特性清楚掌握，同时能够根据液压控制系统数学模型绘制系统方块图。
[本章主要内容]：
第一节机液位置伺服系统
第二节结构柔度对系统稳定性的影响
第三节动压反馈装置
第四节液压转矩放大器
[本章重点]：
机液位置伺服系统、结构柔度对系统稳定性的影响、动压反馈装置。
[本章难点]：
机液位置伺服系统理论是本章难点。
第五章电液伺服阀
[教学目的与要求]：
目的是使学生对电液伺服阀的基本结构及组成、分类有所了解；了解其他型式的电液伺服阀，了解常用电液伺服阀的特性及性能指标。
培养一定的工程经验，能够结合不同的实际工业系统选取相应的伺服阀。
要求学生对电液伺服阀的基本结构及组成、分类有所了解，掌握伺服阀力矩马达、力马达的工作原理及其参数对伺服阀性能的影响规律；掌握直接反馈两级滑阀式电液伺服阀的工作原理、数学模型、稳定性分析、频宽与伺服阀参数之间的关系、伺服阀静态特性分析以及伺服阀的设计计算；了解其他型式的电液伺服阀，了解常用电液伺服阀的特性及性能指标。
[本章主要内容]：
第一节电液伺服阀的组成及分类
第二节力矩马达
第三节力反馈两级电液伺服阀
第四节直接反馈两级滑阀式电液伺服阀
第五节其他型式的电液伺服阀简介
第六节电液伺服阀的特性及主要的性能指标
[本章重点]：
电液伺服阀的组成及分类、力矩马达力反馈两级电液伺服阀、直接反馈两级滑阀式电液伺服阀。
[本章难点]：
力矩马达力反馈两级电液伺服阀是本章的难点。
第六章电液伺服系统
[教学目的与要求]：
目的使学生对电液伺服系统的基本组成、分类有所了解；了解常用电液伺服系统的特性及性能指标，并能对其进行校正分析。
培养一定的工程经验，能够结合不同的实际工业系统选用相应的电业伺服系统。
要求掌握电液位置控制系统的基本分析方法，掌握弹性负载和无弹性负载的位置伺服或比例控制系统的分析方法；了解电液速度控制系统的分析方法，电液力控制系统的分析方法，滞后校正、速度反馈校正、加速度反馈校正，几种速度控制方式。
电液伺服系统的控制器设计方法。
[本章主要内容]：
第一节电液伺服系统的类型
第二节电液位置伺服系统的分析
第三节电液伺服系统的校正
第四节电液速度控制系统
第五节电液力控制系统
[本章重点]：
电液位置伺服系统的分析、电液伺服系统的校正。
[本章难点]：
电液伺服系统的校正
第七章液压伺服系统的设计
[教学目的与要求]：
目的是对常见工业用的液压伺服系统的设计步骤有所了解，并能设计一些简单的液压伺服系统。
要求掌握液压油源的设计方法；掌握比例放大器的电源电路、输入接口单元、信号处理电路、调节器、测量放大电路和功率，放大电路的基本原理以及使用方法；重点学习液压伺服、比例控制系统设计步骤，通过例子掌握设计方法。
[本章主要内容]：
第一节液压伺服系统的设计步骤
第二节液压伺服系统设计举例
第三节液压能源的选择
[本章重点]：
液压伺服系统的设计步骤、液压伺服系统设计举例。
[本章难点]：
无
三、讨论课
3.1讨论课的目标
讨论课是培养学生自主学习能力的重要形式。
通过讨论课使学生加深对液压伺服与比例控制系统中动力元件及整个系统基础知识的理解、扩宽知识面、初步具备查阅文献、阅读相关技术资料和调查研究的能力，提高学生综合运用本课程知识，分析、理解和解决本专业及相关行业的理论和实践问题的能力，并引导学生积极思考、主动学习，锻炼和提高学生的交流、沟通和表达能力以及团队合作能力，培养学生的责任感和职业道德。
3.2讨论课的内容
本门课程设有3次讨论课，分别针对液压伺服与比例控制系统中动力元件及整个系统的相关问题进行讨论。
讨论课的题目将分别在相关课程开始前下发，也可由学生根据兴趣自行选题。
讨论课选题如下：
（1）液压放大元件的原理、设计原则
（a）双边滑阀的静态特性；
（b）双喷嘴挡板阀的静态特性；
（c）常用伺服阀样本、特性、选用方法；
（d）两级力反馈电液伺服阀阻尼特性及其改善方法。
（2）液压动力元件与负载的匹配
（a）动力机构的匹配；
（b）弹性负载对液压动力机构特性影响；
（c）三通阀控液压缸动力机构特性；
（d）阀控液压缸与泵控液压马达动态特性的相同与不同之处。
（3）常见的电液伺服阀与工程应用
（a）喷嘴档板式电液伺服阀原理及工程应用；
（b）射流管式电液伺服阀原理及工程应用；
（c）弹簧对中式电液伺服阀原理及工程应用；
（b）压力-流量式电液伺服阀原理及工程应用；
（e）电液压力伺服阀原理及工程应用。
3.3讨论课的实施
分别设置在第二章、第三章及第五章结束后进行，围绕液压伺服比例控制元件及液压伺服比例控制系统的相关理论及设计方法进行探讨。
讨论课采用分组的方式进行。
每组2~3名同学。
相互协作完成所规定的文献查阅汇总，PPT制作，讲演和讨论。
讨论课的每个讨论题由每2~3组同学独立完成，以便进行讨论。
学生在讨论课前需分组按照给定的题目进行相关文献资料的参阅整理，制作讨论课汇报用PPT（10分钟）。
讨论课时，由现场抽签决定汇报小组及汇报人。
汇报人必须按规定时间完成讲解，汇报时间不足或超时1分钟以上者，均要减分。
每个小组汇报完毕后，将进行15分钟的讨论，其他小组的同学应在讨论时间内进行提问交流，提问交流时，汇报组所有同学均可参加，最后由任课教师进行点评。
讨论课结束后，学生按分组上交讨论课PPT。
3.4讨论课的要求与成绩评定
讨论课要求所有学生必须参加，无故不参加讨论课者，讨论课成绩按零分计。
所有上台汇报的学生必须着正装，于台前站立汇报。
每位同学的讨论课成绩由小组成绩和组内成绩两部分构成。
小组成绩由以下三个方面进行评价：
（1）资料的查阅整理及PPT制作质量，占讨论课成绩的30%；
（2）讲解及回答问题情况，占讨论课成绩的40%；
（3）提问交流情况，占讨论课成绩的30%。
小组得分为组内所有同学的平均分，每位同学的得分依据其在组内的贡献，在小组平均分的基础上浮动，但最高分与最低分差值不得小于15%。
组内得分规定由各小组成员自行讨论确定，签字后由小组组长上报。
四、三级项目
4.1三级项目的目标
本课程的三级项目针对液压伺服与比例控制系统中动力元件及整个系统的设计、分析及校正，通过该项目的实施使学生加深对液压动力元件及液压伺服与比例控制系统基础知识的理解，并初步具备运用所学知识进行中等复杂程度液压动力元件或伺服比例控制元件的设计分析能力，复杂液压系统的设计、分析及校正，相关标准、手册的查阅能力等，引导学生积极思考、主动学习，锻炼和提高学生的交流、沟通和表达能力以及团队合作能力，培养学生的责任感和职业道德。
4.2三级项目的内容
本课程设有一个三级项目，该项目将与液压传动系统、液压元件课程设计相结合，最终构成二级项目。
三级项目将从以下4个方面6个课题展开，并在第6章课程开始时下发，也可由学生根据兴趣自行选题。
1.动力元件特性分析
课题一、D665型先导式大流量电液伺服比例阀动态响应仿真分析
本课题研究内容如下：
1）D665型先导式大流量电液伺服比例阀功率级滑阀受力分析计算；
2）建立D665型先导式大流量电液伺服比例阀的数学模型；
3）采用AMESim软件建立D665型先导式大流量电液伺服比例阀仿真模型；
4）得出该阀的时间响应曲线和频率响应曲线，得出阀的频宽。
2.电液位置伺服控制系统分析
课题二、2MN快锻油压机主动作动态特性仿真分析
本课题研究内容如下：
1）2MN快锻油压机主动作系统计算及原理设计；
2）2MN快锻油压机主动作系统数学模型；
3）采用AMESim软件建立2MN快锻油压机主动作系统仿真模型；
4）得出主动作系统的时间响应曲线和频率响应曲线，得出系统的频宽。
5）总结影响阀控缸系统频率特性的参数，并总结规律。
课题三、2T/5T·m锻造操作机大车行走控制系统仿真分析（阀控马达控制）
本课题研究内容如下：
1）2T/5T·m锻造操作机大车行走控制系统计算及原理设计；
2）2T/5T·m锻造操作机大车行走控制系统的数学模型；
3）采用AMESim软件建立2T/5T·m锻造操作机大车行走控制系统仿真模型；
4）得出大车行走控制系统的时间响应曲线和频率响应曲线，得出系统的频宽。
5）总结影响阀控马达系统频率特性的参数，并总结规律。
3.电液伺服速度控制系统分析
课题四、液压飞剪速度伺服控制系统仿真分析
本课题研究内容如下：
1）液压飞剪速度伺服控制系统计算及原理设计；
2）液压飞剪速度伺服控制系统的数学模型；
3）采用
升级会员 