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1、吉林交通职业技术学院摘要关键词第一章机械控制理论11.1机械控制理论的研究对象及任务11.1.1机械控制理论的研究对象1 1.1.2机械控制理论的任务11.2机械控制理论的系统稳定性21.2.1什么是稳定性2 1.3机械制造的发展及控制理论的应用 3 1.3.1机械制造的发展31.3.2控制理论3第二章液压控制系统42.1工程机械液压控制系统技术体系分析42.1.1工程机械的液压传动与控制系统分析42.1.2液压系统的功率控制方式分析42.1.3液压系统的流量控制方式52.1.4结论与展望5第三章发动机的维护与保养63.1工程机械发动机维护保养措施及建议63.1.1发动机使用注意事项63.1.

2、2工程施工现场养护措施建议6结论7致谢8参考文献9摘要：了解控制理论在机械控制工程中的应用主要在对控制理论本质反面的理解我们的每一个器官完成不同功能的同时又存在着相互的协调、辅助和制约。控制理论在机械控制工程中也是一样的只不过是由我们给它设定应作方式而已。一个好的控制系统就一定是相对比较稳定的控制系统，所以系统的稳定性在系统中是非常重要的。液压系统和发动机都是机械系统中非常重要的部分，所以我们要知道液压系统的功率和流量控制方式的导出，同样对于在工作过程中发动机的维护与保养我们也应该熟练掌握。Abstract:Knowledge of control theory in mechanical c

3、ontrol engineering application mainly in the control theory essence opposite understand our every organ to complete different functions at the same time there is a coordination, auxiliary and restriction. Control theory in control engineering is the same just by us to set it should make way. A good

4、control system must be relatively stable control system, so the system stability in the system are very important. Hydraulic system and engine mechanical system is a very important part in the hydraulic system, so we should know the power and flow control mode is derived, but also for work in the pr

5、ocess of engine maintenance we also should master关键词：控制理论；稳定性；控制系统；功率；流量Key words: control theory; stability; control system; power flow第一章 机械控制理论 “机械工程控制论”是一门技术科学，它是研究“控制论”在“机械工程”中应用的科学。当前机械制造技术正向着高度自动化的方向发展，各种先进的自动控制加工系统不断出现，过去那种只侧重于局部和静态的研究方法已不能符合要求，应将机械加工过程各个环节的组合看作是一个动力系统 ，从控制论的角度来研究和解加工中所出现的各种

6、技术问题。 1.1机械控制理论的研究对象及任务机械控制理论的研究对象和理论范畴在不断扩大。近20年来该学科的各个方面都有了很大的发展。到目前为止,它所包含的主要理论和方法有下列6个方面。 系统辨识和信息处理 由于工程控制论中所有的概念和方法都是建立在定量研究的基础之上，为了实现对工程系统的控制，精密地定量描述它的行为和结构就具有决定性的意义。找出能够完全描述系统状态的全体变量，区分为输入量、受控量和控制量等不同类别，把表现为机械的、电的、光的、声的各种物理信号形式的变量从各种随机因素和噪声中提取出来，确定各变量在各种不同条件下的变化规律，这就是系统辨识理论的任务。用滤波、预测、相关处理、逼近等

7、方法从噪声中分离出具有本质意义的信息以及寻求各变量之间的相互关系，这是属于信息处理理论和方法的范畴。近年来发展起来的模式识别理论和方法能够对已经提取出来的物理信号进行更精细的分析,以便用机器手段去理解它的含义,并用文字或图形显示出来，为管理和操作人员提供准确的信息，这是信息处理理论的新成就。1.1.1 机械工程控制论的研究对象 机械工程控制论是研究以机械工程技术为对象的控制论问题。具体地讲，是研究在这一工程领域中广义系统的动力学问题，即研究系统在一定的外界条件（即输入与干扰）作用下，系统从某一初始状态出发，所经历的整个动态历程，也就是研究系统及其输入、输出三者之间的动态关系。例如，机床数控技术

8、中，调整到一定状态的数控机床就是系统，数控指令就是输入，而数控机床的运动就是输出。 因为输入的结果是改变系统的状态，并使系统的状态不断改变，这就是力学中所讲的强迫运动；而当系统的初始状态不为零时，即使没有输入，系统的状态也会不断改变，这也就是力学中所讲的自由运动。因此从使系统的状态不断发生改变这点来看，将系统的初始状态看作为一种特殊的输入，即“初始输入”或“初始激励”也是十分合理的。 机械工程控制论所研究的系统是极为广泛的，这个系统可大可小，可繁可简，完全由研究的需要而定。例如，当研究机床在切削加工过程中的动力学问题时，切削加工本身可作为一个系统；当研究此台机床所加工工件的某些质量指标时，这一

9、工件本身又可作为一个系统。1.1.2机械控制理论的任务欲使工程系统按希望的方式运行，完成预定的任务，应该正确地选择控制方式。几乎所有的工程系统都有共同的特性：为达到同一个目标，存在着许多控制策略。不同的控制策略所付出的代价也各异，例如能量消耗，所费时间的长短，材料、人力和资金的消耗等均不相同。研究如何以最小的代价达到控制的目的的原理和方法称为最优控制理论。寻求以最短时间达到控制目的的理论称为最速控制理论。线性规划、动态规划、极大值原理、最优化理论等都是经过实践证明具有严密结构的最优控制理论。为了解决最优控制的工程实现问题，科学家们又创造了很多适用于计算机程序的算法，称为最优化技术。最优控制理论

10、和最优化技术的建立是工程控制论中最突出的成就。受控系统的工作环境、任务和目标常发生变化。为了使工程系统能自动适应这些变化，科学家们创立了一系列设计原理和方法，赋予系统以自我进化的能力，即根据变化了的环境条件或工作任务，系统能够自动地改变自己的结构、参数和获得新的功能。最早出现的是自稳定系统，它能在环境条件发生剧烈变化时自动地改变自己的结构，始终保持稳定的工作状态而无需操作人员去干预。用自适应控制理论（见适应控制系统）设计的工程系统能自动地对外界条件变化作出反应，改变自己的结构参数，保持优良的性能和高精度。计算机用于工程系统后，由于具有信息存储能力，出现了自学习系统。经过有经验的操作人员示教以后

11、，系统把一切操作细节都记忆下来，从此就能准确地自动再现已学到的操作过程，完成指定的任务。只要存储容量足够大，同一工程系统可记忆若干种操作过程，就成为多功能系统。把专家们在某一专门领域中的知识和经验存储起来，工程系统就获得处理复杂问题的能力，这种系统称为专家系统。为完成不同的任务而能自动重组结构的系统称为自组织系统。工程控制论的研究工作还一直受着仿生学新成就的启发和鼓舞，不断引进新的概念，发明新的理论，以求工程系统部分地模仿生物的技能。能够辨识人的声音，认识和翻译文字，具有不断增长的逻辑判断和自动决策能力的智能系统已在工业生产领域和服务行业中采用，这是具有自我进化能力的工程控制论系统的最新成就。

12、1.2机械控制理论的系统稳定性 在机械控制理论中系统稳定性是非常重要的概念。我们都知道无论是什么系统如果不能相对的稳定那么系统最终会出问题，就那电力系统稳定性说。系统稳定性可分为静态稳定、暂态稳定和动态稳定 (1)电力系统静态稳定是指电力系统受到小干扰后，不发生非周期性的失步，自动恢复到起始运行状态的能力。 (2)电力系统暂态稳定指的是电力系统受到大干扰后，各发电机保持同步运行并过渡到新的或恢得到原来稳定运行状态的能力，通常指第一或第二摆不失步。 (3)电力系统动态稳定是指系统受到干扰后，不发生振幅不断增大的振荡而失步。 远距离输电线路的输电能力受这3种稳定能力的限制，有一个极限。它既不能等于

13、或超过静态稳定极限，也不能超过暂态稳定极限和动态稳定极限。在我国，由于网架结构薄弱，暂态稳定问题较突出，因而线路输送能力相对国外来说要小一些。1.2.1什么是稳定系统稳定性是指：设一线性定常系统原处于某一平衡状态，若它瞬间受到某一扰动作用而偏离了原来的平衡状态，当此扰动撤消后，系统仍能回到原有的平衡状态，则称该系统是稳定的。反之，若系统对干扰的瞬态响应随着时间的推移而不断扩大或发生持续振荡，则系统为不稳定。由此可知：线形系统的稳定性取决于系统的固有特征（结构、参数），与系统的输入信号无关。 1.3机械制造的发展及控制理论21世纪初，机械制造业发展的特点是现代化高新技术的综合利用，其趋势是四化：

14、即柔性化、敏捷化、智能化和信息化。再也不是以20世纪2040年代发展起来的机械学科自身的成就凸轮及其它机械为基础，采用专用机床、夹具、刀具、量具组成的流水式生产线刚性自动化。刚性自动化的缺点是严重影响产品的更新换代，妨碍采用高新技术，产品在国际市场上缺乏竞争力。 1.3.1机械制造的发展_I_#h_M 5C&S+t o0 中国机械资讯网#V g_H目前，我国机械制造业中，一些国营企业亏损，产品在国内外市场上缺乏竞争力，产品大量积压，除与经营管理体制有关外，与企业设备陈旧、工程技术人员知识老化有很大关系。 _!_Jsz,w7_a_v(w;/K,X h_k)p09 y0为了适应市场经济，重振我国机

15、械制造业，很有必要重新认识机械制造业，了解当前国际上机械制造业和21世纪初机械制造业发展的特点和今后的趋势。 2q#M0_P)L_d_4Y0 中国机械资讯网*B_U+V0r;D 制造技术是国民经济发展的支柱中国机械资讯网+u+t,e*N0p6z:w%p3中国机械资讯网d_9t; 在20世纪末的1999年第46届国际生产工程学会(CIRP)年会上，该届年会主席日本学者吉川教授在报告中指出，世界上各发达工业国家经济上的竞争，主要是制造技术的竞争。在各个国家企业生产力的构成中，制造技术的作用一般占55%65%，日本及亚洲四小龙的发展，在很大程度上都是与他们重视制造技术有关。这些国家和地区十分重视将世

16、界各国高新技术专利买回来，通过制造技术，形成独、特、高的产品，率先占领世界市场。这就是他们之所以能崛起、腾飞的决窍。 中国机械资讯网.u_6l;X F_4G-JT:R9s R9 r pS9n_b0机械制造业必须领先信息科学、材料科学来改造自己；另一方面，信息科学、材料科学也必须依赖于制造技术来取得新的发展。例如，在计算机的发展中，最关键的问题是高密集度的大规模集成电路与存储器件的制作，它们有赖于制造技术的发展。 _J%x.X8j-K+T h0 3l4b9O_r7V:m c_N_L j0美、日等国的专家已将制造科学与信息科学、材料科学、生物科学一起列为当今时代四大支柱科学。美国由于近年来缺乏对制

17、造科学的重视，使他们许多产品缺乏竞争力。为此，美国政府已批准将先进制造计划列为1996年国家预算唯一重点支持的科技领域，这已引起美国、日本、欧洲在制造技术上新一轮的竞争。 中国机械资讯网)g;c,b4d_t*c+s.i_I,K_E0要重新认识机械制造业，尚包含着另一种意义。它已经不是传统意义上的机械制造，即所谓的机械加工。它是集机械、电子、光学、信息科学、材料科学、生物科学、激光学、管理学等最新成就为一体的一个新兴技术与新兴工业。 1.3.2控制理论 一个复杂系统可能有多个输入和多个输出，并且以某种方式相互关联或耦合。为了分析这样的系统，必须简化其数学表达式，转而借助于计算机来进行各种大量而乏

18、味的分析与计算。从这个观点来看，状态空间法对于系统分析是最适宜的。经典控制理论是建立在系统的输入-输出关系或传递函数的基础之上的，而现代控制理论以n个一阶微方程来描述系统，这些微分方程又组合成一个一阶向量-矩阵微分方程。应用向量-矩阵表示方法，可极大地简化系统的数学表达式。状态变量、输入或输出数目的增多并不增加方程的复杂性。事实上，分析复杂的多输入-多输出系统，仅比分析用一阶纯量微分方程描述的系统在方法上稍复杂一些。控制系统的基于状态空间的描述、分析与设计。本章将首先给出状态空间方法的描述部分。将以单输入单输出系统为例，给出包括适用于多输入多输出或多变量系统在内的状态空间表达式的一般形式、线性

19、多变量系统状态空间表达式的标准形式(相变量、对角线、Jordan、能控与能观测)、传递函数矩阵，以及利用MATLAB进行各种模型之间的相互转换。第二章 液压控制系统2.1工程机械液压控制系统技术体系分析2.1.1工程机械的液压传动与控制系统分析 液压系统的功率形式是压力和流量。液压泵将发动机输出的机械能转化为液压能，是液压系统的能源。液压阀对液压泵输出的能量进行调节和分配，主要调节系统的压力、流量和方向，主要控制各个功率支流的绝对值和相对值。液压马达和液压缸又将液压能转化为机械能。驱动执行机构工作。可见，通过调节液压泵的排量、发动机的转速和控制阀的开度，即可满足工程机械的各种工况要求，实现工程

20、机械的动力控制、节能控制、作业效率控制、速度控制和精细控制。2.1.2液压系统的功率控制方式分析 液压系统的功率形式是压力和流量。液压功率的公式如下：W=pQ60式中 液压功率，单位为kW；p 液压系统压力，单位为MPa；p 液压系统流量，单位为Lmin。液压系统工作时，其压力的大小由负载决定，压力不是液压系统的固有参数。从控制的角度来讲，压力是系统对外载荷的响应，所以，对液压系统的功率控制其实是对液压系统的流量控制。下面分别分析液压泵和液压阀的流量控制。液压泵的理论流量公式如下：Qb=NVb式中 广一液压泵流量，单位为Lrain；一液压泵输入转速，一般为发动机转速，单位为rmin：厂液压泵排

21、量，单位为IJr。由上式可见，改变液压泵的排量和转速都可以改变其流量，进而改变执行机构的速度，其中，通过调节液压泵转速来调速的控制方式称为变频调速通过调节液压泵排量来调速的方式称为容积调速。对于工程机械来讲，在工作过程中，一般要求柴油机转速稳定或相对稳定即使由于外负载的变化而导致发动机转速失稳，也要通过一定的控制手段使发动机转速恢复稳定。所以在对液压泵的流量进行控制时，一般假定转速是恒定的，即对液压泵流量的控制其实是对其排量的控制。液压阀对液压泵输出的流量进行二次调节。工程机械上常用的比例控制阀实质上是一个可变液阻对于并联的液压回路，其上游的压力(泵侧压力)相等，各个液压阀构成的并联液阻的绝对

22、值和相对值决定了各支路的流量。液压阀的流量公式如下：QCqA式中 p厂液压阀的流量，单位为Lmin；C 流量系数，需查表获得；A 液压阀的开度：p 液压阀上的压降，单位为MPa；p 液压油的密度。由上式可见，液压阀的流量主要由两个变量决定：液压阀的开度A和阀上的压降p。由于液压系统的压力是由外负载决定的，而外负载往往是不可控的，所以， 目前对液压阀的流量控制只能通过控制其开口A实现，即通过调节PWM电流信号驱动电磁铁推动阀芯产生位移，控制阀的开口A。由于液压阀上压力变化的影响，这种流量控制方式的误差很大。而且误差不可控往往也难以通过控制手段补偿，因为系统的压力与工作装置的姿态、作业负荷的大小甚

23、至工作环境的温度都有关系。所以，通过控制液压阀的开口A来对执行机构进行速度控制和位置控制，其控制精度和可操作性都很不理想。2.1.3液压系统的流量控制方式 由前文分析可知调节液压泵的排量和调节液压阀的开度均可对液压系统的流量进行控制，这两种控制方式分别称为泵控调速方式和阀控调速方式。泵控调速方式是通过改变液压泵的排量来实现的。所以调速过程中液压系统没有流量损失，也就没有功率损失，经济性好；同时，由于调节液压泵的斜盘倾角需要推动斜盘、柱塞、滑靴等一系列的质量元件和摩擦副，惯性较大，其排量的响应时间较长，经实验室测试，力士乐A11VO130液压泵的排量响应时间约为300500ms。阀_2_X$控调

24、速方式是通过改变并联回路之间的相对液阻来实现的，所以，大部分流量经控制阀进入执行元件对外做功，多余的流量经控制阀回油箱，这部分流量是浪费的流量。可见，阀控流量控制方式存在不做功的流量，其经济性不好；同时，由于改变液压阀的开度只需要通过电磁铁推动阀芯移动，而阀芯的质量远远小于液压泵的运动质量，所以，阀控方式的响应速度很快，一般取决于电磁铁的响应频率。目前，在工程机械上用的一般的液压阀的电磁铁的响应频率在10Hz左右，高速电磁铁的响应频率可超过20Hz。由上述分析可见，泵控调速方式和阀控调速方式是优势互补的，如果能将二者的优势结合起来，克服个白的缺点，则是一种较为理想的流量控制方式。力士乐和川崎等

25、工程机械液压系统成套设备供应商所提供的液压系统，其流量控制正是这样一种控制方式，即变量泵+比例阀的流量控制方式。液压系统工作时，变量泵根据流量需求初步确定其初始排量。初始排量一般比需求的流量多20Lmin以上，比例阀根据操作信号对流量进行二次修正，实现执行机构的速度控制。这种控制方式既能保证液压系统有较好的经济性也能获得较快的响应速度。目前的正流量控制、负流量控制、负载敏感控制等都属于泵控+阀控的流量控制方式。可见，在负流量控制方式中，变量泵的排量受主阀中位流量的控制，二者变化方向相反。在正流量控制方式中，液压泵的排量与液压阀的开度受同一个操作信号控制，这样有利于提高液压系统的响应速度。在负载

26、敏感控制方式中，液压泵的排量由主阀上的压力降控制，而主阀上的压力降不但与操作信号有关，还与最大的外负载有关，所以，负载敏感控制方式结合了操作者的速度预期和外负载的速度限制。有些工程机械对快速响应特性要求不高，如起重机，可以采用单纯的泵控系统以获取较好的经济性：有些工程机械对经济性要求不高，但对快速性要求很高，如小型挖掘机，可以采用单纯的阀控系统以取得更好的快速性。2.1.4结论与展望 综上所述工程机械液压系统的功率控制主要是液压系统的流量控制，而流量控制主要是液压泵的排量控制和液压阀的开度控制，目前液压系统的主流控制方式结合了泵控和阀控的优点。泵控和阀控方式主要解决了经济性和快速性的问题，并没

27、有解决精确性问题。现有工程机械液压泵的排量一般都是开环控制的，其排量精度不高；而工程机械比例阀的流量控制方式存在根本缺陷，其流量精度受压力影响很大，既难以消除，又难以补偿。可见，在解决了经济性和快速性后，精确的流量控制是未来工程机械液压系统发展的必然要求。目前由力士乐生产的工业用电子泵具有排量闭环电子控制功能。具有较高的响应特性、线性度和重复精度，能够满足工程机械用液压泵的精确流量控制要求，但其对于工程机械使用过程中高温、高尘、高振等恶劣工况的适应性有待验证。由阿托斯生产的工业用伺服液压缸具有行程闭环控制功能能够实现执行机构的速度、位移的精确控制，但其伺服比例阀对系统的油液清洁度要求较高其集成

28、的电子检测和控制元件对于工程机械使用过程中高温、高尘、高振等恶劣工况的适应性有待验证。另外，除了上述技术因素以外，工业用高精度液压元件的价格也是其在工程机械行业普及的障碍之一。第三章 发动机的维护与保养3.1工程机械发动机维护保养措施及建议工程机械.的工作环境一般都较差，在实际使用中由于对发动机缺乏保养、违章操作等人为因素导致发动机损坏的现象屡见不鲜，造成较大的经济损失，同时也影响着工程机械的正常使用。因此，必须正确使用和及时保养、维护发动机。3.1.1发动机注意事项发动机是工程机械的心脏，如何在实际工作中对其故障做出正确的判断和维护，对提高设备的使用寿命，确保其功能的正常发挥有很大意义。除正

29、常的维护和保养外必须作到“三勤”：即“勤看、勤听、勤摸”。特别要注意以下几点：（1）通过听发动机的异响来判断发动机故障。发动机各机件不正常时会发出各种不同的异响，如有发现要及时处理。有一种响声应特别注意：发动机运转时，若曲轴箱内有较大的金属机件撞击声，则说明连杆瓦与曲轴间有较大间隙，或者是连杆小头的铜套与连杆间、铜套与活塞销间有较大间隙。必须马上停机，否则将会引发连杆击穿缸体的事故，造成总机报废的严重后果。（2）对于有水滤芯的发动机，一定要按时更换水滤芯。因为这种发动机的缸体壁较薄，水滤芯内含有一种活性物质，能调节冷却液的pH值，确保冷却液的防腐性。有曾经因不使用水滤芯而导致缸体锈穿的实例。（

30、3）发动机不能运转，飞轮也撬不动时，一般判断为烧瓦或气门掉进缸内顶死了活塞。但应注意另一个因素，即飞轮或齿轮箱被异物卡死。曾经有一辆吊车遇到过这种情况，后检查发现飞轮与飞轮壳间掉进了固定飞轮壳用的一个螺母而被卡死；还有过全液压摊铺机的齿轮箱被轴承滚柱卡住的实例。如果是这类问题就不需对发动机进行解体检查。（4）当发动机温度过高时，切记不能立即熄火停止运转，这会造成发动机“粘缸”事故，严重影响发动机的正常运转，也将缩短发动机的使用寿命；当发动机温度过低时，切记不能高速运转，这将加速发动机的磨损，也将严重影响发动机的使用寿命。3.1.2工程施工现场养护措施建议由于一般的工程施工现场环境都较为恶劣，因此，对于发动机的使用更要有严格的操作章程及使用规范，一旦违章操作，轻则引起发动机乃至整台工程机械的严重故障甚至报废，重则有可能引发人身安全事故，进而耽误工程