（3）新材料的应用

新材料如陶瓷技术的使用是与非矿物油介质元件的

要求及提高摩擦副的寿命联系在一起的。目前，已有德、
英、芬兰等国的厂商在纯水液压件上使用了该项技术。

新型磁性材料的运用是与电磁阀、比例阀的性能提

高结合在一起的。由于磁通密度的提高，可以使阀的推力
更大，其直接作用便是阀的控制流量更大，响应更快，工
作更可靠。

（4）环保

环保的要求体现了现代工业的人文关怀。环保的液

压元件应当至少无泄漏及低噪声，这也是液压元件发展
的一个永恒的主题。

（5）非矿物油介质元件

非矿物油介质元件是应用于特殊场合的元件，如要

求耐燃、安全、卫生，此时就需要考虑采用高水基或纯水
元件。能源危机催生了该类元件的诞生，但目前的发展动
力可能更大程度上与环保、工作介质的廉价及其安全性
相关。目前，丹麦的 Danfoss 公司提供了成套的 NESSIE
系列纯水液压元件，已在食品等行业得到了运用。
1.2

系统集成与控制技术

（1）比例阀技术

比例阀的发展主要在频宽的增大及控制精度的提高

上，以期性能接近伺服阀。同时，比例阀又沿着标准化、模
块化及廉价的方向发展，以促进其应用。前者如 Bosch 的
带位置反馈的比例伺服阀，其性能已很接近电液伺服阀
的性能。后者如螺纹插装式比例阀，在某些工程机械中得
到了运用。

（2）电液伺服技术

电液伺服阀是最早将液压技术引入自动控制领域的

功臣。但电液伺服阀的结构自发明以来，就少有改进。除了
在传统的需要特别高频响的场合外，其传统地位正日益受
比例技术的挑战。MOOG 公司也开始生产与比例阀类似的
采用永磁式线性力马达的直接驱动式伺服阀（DDV）。

（3）控制理论

控制理论是该领域最为活跃的一个分支。液压控制

系统正从不断发展的自动控制理论中得益，并不断丰富
自控理论的实践。目前，自适应控制、鲁棒控制、模糊控制
及神经网络控制等均得到了不同程度的运用。
1.3

密封技术

自从液压技术诞生以来，泄漏一直是困扰着业界人

士的一大难题。伴随着泄漏的是：矿物油的浪费及对环境
的污染、系统传动效率的降低等等。

在静密封领域，橡胶类密封件拥有不可替代的地位，

当然，根据应用场合（如温度）的不同，又有丁腈橡胶及氟
橡胶之分。在动密封领域，聚四氟乙烯（PTFE）已拥有不
可动摇的地位。近年来，密封技术的进步也主要集中在
PTFE

的使用方面。随着对材料及密封机理的深入了解，

已可以在 PTFE 中有针对性的添加某些材料以达到提高
性能的要求。国外许多大的密封件公司均有针对不同应

用场合的材料配方以强化某一方面的性能。

目前，尽可能地提高动密封对偶件的表面光洁度，也

已成为提高密封效果的一种共识。这种共识也是基于对
PTFE

材料的密封机理的认识而达成的。

密封领域的另一个创新领域主要集中在密封件形状

的设计上。目前，已可用有限元分析等方法对密封件的压
力梯度作出分析，从而可事先知晓其密封性能。

此外，O 型密封圈及簧片作为弹性体，在保证 PTFE

密封件低压时的密封性能方面已得到广泛认同。在直线
密封及旋转密封技术方面，使用成套的密封件来提高密
封性能已成为一种标准的解决方案。
2

流体传动的控制理论

液压伺服控制是一种典型的伺服控制，随着控制理

论的不断发展而发展，纵观当今液压伺服控制的研究现
状，控制学科的一些较成熟的研究成果，从优化控制、PID
控制到各种智能控制，液压伺服控制差不多都用上了。下
面对这几种控制策略进行一下介绍。
2.1

PID

控制及优化控制

这两方面的控制是 1940 年代后发展起来的，所谓经

典控制理论的代表。它们在液压伺服控制中使用得最广
泛亦最成熟。在当今现代控制及智能控制被广泛研究或
使用时，PID 与优化控制又与之紧密结合，发展成新的具
有自适应与鲁棒特性的控制策略。如 PID 控制与模糊控
制结合，克服了它的固有缺点（无自适应能力）；最优控制
与遗传算法相结合，形成了遗传算法优化控制策略，使快
速有效、全局优化的优化算法得到发展。但这两种控制亦
有其局限，如它只适应较简单的对象，如果被控对象变化
较大，控制器要重新调整；对非线性、时变、耦合及参数不
确定的较复杂系统就无能为力。
2.2

自适应控制

自适应控制最早是由美国 MIT 提出的所谓参数优化

模型参考自适应控制。如众所周知，我们液压伺服控制中
使用或研究得较成熟或较多的有自校正控制与模型参考
自适应控制两大类。自适应控制系统的最大特点是被控
对象能自动适应工作环境及自身参数在一定范围内的变
化（即不确定性），使系统始终保持在优化状态下工作。自
适应控制理论的发展是控制理论的一大进步，它改变了
控制系统只能在事先确定的各参数状态下工作（否则就
不能实现优化）的局限性。当前各种自适应控制在液压伺
服系统中有一定的应用，但由于其自身的缺点，因此使用
并不广泛。其主要的局限性如在线计算工作量大，需要知
道数学模型或一些先验知识，要满足李雅普诺夫或波波
夫稳定性条件等等。此外，传统的自适应控制器在处理非
线性、可变结构及大滞后对象时亦比较困难。
2.3

鲁棒控制

鲁棒控制是解决系统抗干扰、抗抖动的另一种方法，

它亦是当前控制界研究的热点之一。在流体控制界鲁棒
控制研究得较多的是两类：一类是变结构控制，另一类是
H

∞

控制。

机械工程师 2009 年第 2 期

学术交流

理论

／研发／设计／制造

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