1.1 液压控制技术的发展与应用

液压传动与控制技术是人类在生产实践中逐步发展起来的。随着现代科学技术的飞速发展，它不仅充当一种传动方式，而且作为一种控制手段，连接了现代微电子技术和大功率控制对象之间的桥梁，成为现代控制工程中不可或缺的重要技术手段。

1.1.1 流体控制相关理论的发展

对流体力学学科的形成作出第一个贡献的是古希腊人阿基米德（Archimedes），他建立了物理浮力定律和液体平衡理论。1648年法国人帕斯卡（B.Pascal）提出静止液体中压力传递的基本定律，奠定了液体静力学基础。17世纪，力学奠基人牛顿（Newton）研究了在流体中运动的物体所受到的阻力，针对黏性流体运动时的内摩擦力提出了牛顿黏性定律。

1738年瑞士人欧拉（L.Euler）采用了连续介质的概念，把静力学中的压力概念推广到运动流体中，建立了欧拉方程，正确地用微分方程组描述了无黏性流体的运动。伯努利（D.Bernoulli）从经典力学的能量守恒出发，研究供水管道中水的流动，进行试验分析，得到了流体定常运动下的流速、压力、流道高度之间的关系——伯努利方程。欧拉方程和伯努利方程的建立，是流体动力学作为一个分支学科建立的标志，从此开始了用微分方程和试验测量进行流体运动定量研究的阶段。

1827年法国人纳维（C.L.M.Navier）建立了黏性流体的基本运动方程；1845年英国人斯托克斯（G.G.Stokes）又以更合理的方法导出了这组方程，这就是沿用至今的N-S方程，它是流体动力学的理论基础。1883年英国人雷诺（O.Reynolds）发现液体具有两种不同的流动状态——层流和湍流，并建立了湍流基本方程——雷诺方程。

在20世纪流体传动与控制技术飞速发展并日趋成熟，控制理论与工程实践相互结合飞速发展，这为流体控制工程的进步提供了强有力的理论基础和技术支持。1922年美国人米诺尔斯基（N.Minorsky）提出用于船舶驾驶伺服机构的比例、积分、微分（PID）控制方法。1932年瑞典人奈奎斯特（H.Nyquist）提出根据频率响应判断系统稳定性的准则。1948年美国科学家埃文斯（W.R.Evans）提出了根轨迹分析方法，同年申农（C.E.Shannon）和维纳（N.Wiener）出版《信息论》与《控制论》专著。

1.1.2 液压控制技术的发展及应用

技术进步的需要是液压控制技术发展的推动力，液压控制技术是早已成熟的液压传动技术的新发展，是自动控制领域的一个重要组成部分。

1795年英国人布拉默（J.Bramsh）发明了第一台液压机，它的问世是流体动力应用于工业的成功典范，到1826年液压机已被广泛应用，此后还发展了许多水压传动控制回路，并且采用机能符号取代具体的设计和结构，方便了液压技术的进一步发展。19世纪是流体传动技术走向工业应用的世纪，它奠基于流体力学成果之上，而工业革命以来的产业需求为液压技术的发展创造了先决条件。

1905年美国人詹尼（Janney）首先将矿物油引入传动介质，并设计研制了带轴向柱塞机械的液压传动装置，并于1906年应用于军舰的炮塔装置上，为现代液压技术的发展揭开了序幕。1922年瑞士人托马（H.Thoma）发明了径向柱塞泵。1936年美国人威克斯（H.Vickers）一改传统的直动式机械控制机构，发明了先导控制式压力控制阀。稍后电磁阀和电液换向滑阀的问世，使先导控制形式多样化。

20世纪40年代由于军事刺激，高速喷气式飞行器要求响应快且精度高的操纵控制，1940年年底，在飞机上出现了电液伺服系统，坦克装甲车上开始应用机液伺服转向系统。作为电液转换器，当时滑阀由伺服电动机驱动，由于电动机惯量大，所构成的电液转换器时间常数大，限制了整个系统的响应速度。

第二次世界大战后液压技术在航天、国防、汽车和机床工业中得到广泛应用，并且走向产业独立发展，西方各国相继成立了行业协会和专业学会，液压传动和控制作为新兴技术得到重视，这一时期称得上是液压工业的黄金岁月。

1950年摩根（Moog）研制成功采用微小输入信号的电液伺服阀后，美国麻省理工学院的布莱克本（Blackburn）、李（Lee）等人在系统高压化和电液伺服机构方面进行了深入研究。20世纪60年代，结构多样的电液伺服阀相继出现，尤其是干式力矩马达的研制成功，使得电液伺服阀的性能日趋完善，促使电液伺服系统迅速发展。1960年布莱克本的《液动气动控制》和1967年梅里特（Merritt）的《液压控制系统》两部科学著作相继问世，对液压控制理论作出了系统、科学的阐述，标志着液压控制技术已开始走向成熟。

1970年前后信号功率介于开关控制和伺服控制之间的比例阀开始出现，但应用还不多。20世纪80年代以后，随着材料和工艺技术的进步，电液伺服阀的成本不断降低，性能明显提高，使得电液伺服系统应用更加广泛。但是，由于电液伺服阀对液体的清洁度要求十分苛刻，系统效率低、能耗大，综合费用还是相当高。由此，一种可靠、价廉、控制精度和响应速度均能满足工业控制需要的电液比例控制技术应运而生，得到了比电液伺服阀更为广泛的应用。

液压控制技术在军事工业中，用于飞机的操纵系统、雷达跟踪和舰船舵机、导弹的位置控制、坦克火炮的稳定装置等。在民用工业中，用于仿形或数控机床，船舶舵机和减摇系统，冶金工业的钢带跑偏控制、张力控制，工程领域盾构掘进装置、工程车辆中各类力控制装置，汽车的无人驾驶、自动变速、主动悬挂，试验装置方面的抗振试验台、材料试验机、道路模拟试验系统等。总之，液压控制技术应用越来越加广泛，在各个工业部门发挥着越来越重要的作用。尤其是计算机的大量应用促使液压控制技术得到更迅速的发展和更广泛的应用。