第七章 電液伺服閥

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1、127.1 7.1 電液伺服閥的發(fā)展歷史和作用電液伺服閥的發(fā)展歷史和作用7.2 7.2 電液伺服閥的組成和工作原理電液伺服閥的組成和工作原理7.3 7.3 電液伺服閥的分類電液伺服閥的分類7.4 7.4 電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo)電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo)7.5 7.5 電液伺服閥的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢電液伺服閥的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢7.6 7.6 力反饋兩級電液伺服閥力反饋兩級電液伺服閥3 目的任務(wù)目的任務(wù): : 1、了解電液伺服閥的組成及工作原理、了解電液伺服閥的組成及工作原理 2、了解電液伺服閥的工作特點、了解電液伺服閥的工作特點 3、了解電液伺服閥的分類、了解電液伺服閥的分類

2、重點難點重點難點: : 電液伺服閥的組成及工作原理電液伺服閥的組成及工作原理45p 電液伺服閥是液壓伺服系統(tǒng)中的重要元件，它是一電液伺服閥是液壓伺服系統(tǒng)中的重要元件，它是一種通過改變輸入信號，種通過改變輸入信號，連續(xù)的、成比例連續(xù)的、成比例的控制的控制流量、流量、壓力壓力的液壓控制閥。的液壓控制閥。p 根據(jù)輸入信號的方式不同，又分為根據(jù)輸入信號的方式不同，又分為電液伺服閥電液伺服閥和和機機液伺服閥液伺服閥兩大類。兩大類。67.1 7.1 電液伺服閥的發(fā)展歷史和作用電液伺服閥的發(fā)展歷史和作用1 1、電液伺服閥的發(fā)展歷史、電液伺服閥的發(fā)展歷史 在二戰(zhàn)前夕，阿斯卡尼亞控制器公司及在二戰(zhàn)前夕，阿斯卡尼

3、亞控制器公司及Askania -Werke根據(jù)射流根據(jù)射流原理發(fā)明了射流管閥并申請了專利。原理發(fā)明了射流管閥并申請了專利。?？怂共_申請了雙噴嘴擋板閥的專利。?？怂共_申請了雙噴嘴擋板閥的專利。德國西門子公司發(fā)明了永磁式力矩馬達，它可以接受通過彈簧輸入的德國西門子公司發(fā)明了永磁式力矩馬達，它可以接受通過彈簧輸入的機械信號和移動線圈產(chǎn)生的電信號，并開創(chuàng)性地使用在航空領(lǐng)域。機械信號和移動線圈產(chǎn)生的電信號，并開創(chuàng)性地使用在航空領(lǐng)域。 77.1 7.1 電液伺服閥的發(fā)展歷史和作用電液伺服閥的發(fā)展歷史和作用1 1、電液伺服閥的發(fā)展歷史、電液伺服閥的發(fā)展歷史 20世紀(jì)世紀(jì)40年代年代英國的廷斯利發(fā)明了兩級

4、液壓閥英國的廷斯利發(fā)明了兩級液壓閥; 麻省理工學(xué)院采用線性度更好、更節(jié)能的力矩馬達代替螺線管作為滑閥的驅(qū)麻省理工學(xué)院采用線性度更好、更節(jié)能的力矩馬達代替螺線管作為滑閥的驅(qū)動裝置。動裝置。 20世紀(jì)世紀(jì)50年代年代穆格發(fā)明了采用噴嘴節(jié)流孔作前置級的兩級伺服閥。穆格發(fā)明了采用噴嘴節(jié)流孔作前置級的兩級伺服閥?？ㄉl(fā)明了機械反饋式兩級伺服閥卡森發(fā)明了機械反饋式兩級伺服閥; 阿奇利發(fā)明了射流管閥作為前置級的兩級電液伺服閥和三級電信號反饋伺服阿奇利發(fā)明了射流管閥作為前置級的兩級電液伺服閥和三級電信號反饋伺服閥。閥。20世紀(jì)世紀(jì)60年代年代電液伺服閥設(shè)計更多地顯示出了現(xiàn)代伺服閥的特點。如電液伺服閥設(shè)計更多地

5、顯示出了現(xiàn)代伺服閥的特點。如:兩級間形成了閉環(huán)反兩級間形成了閉環(huán)反饋控制饋控制;力矩馬達更輕移動距離更小力矩馬達更輕移動距離更小;前置級對功率級的壓差通常可達到前置級對功率級的壓差通?？蛇_到50%以上以上;前置級無摩擦并且與工作油液相互獨立前置級無摩擦并且與工作油液相互獨立;前置級的機械對稱結(jié)構(gòu)減小了溫前置級的機械對稱結(jié)構(gòu)減小了溫度、壓力變化對零位的影響。度、壓力變化對零位的影響。87.1 7.1 電液伺服閥的發(fā)展歷史和作用電液伺服閥的發(fā)展歷史和作用1 1、電液伺服閥的發(fā)展歷史、電液伺服閥的發(fā)展歷史 20世紀(jì)世紀(jì)70年代以后年代以后Moog公司按工業(yè)使用的需要，把某些伺服閥轉(zhuǎn)換成工業(yè)場合的比例

6、閥標(biāo)準(zhǔn)公司按工業(yè)使用的需要，把某些伺服閥轉(zhuǎn)換成工業(yè)場合的比例閥標(biāo)準(zhǔn)接口。接口。Bosch研制出了其標(biāo)志性的射流管先導(dǎo)級及電反饋的平板型伺服閥。研制出了其標(biāo)志性的射流管先導(dǎo)級及電反饋的平板型伺服閥。Moog公司推出了低成本、大流量的三級電反饋伺服閥。公司推出了低成本、大流量的三級電反饋伺服閥。Vickers公司研制了壓力補償?shù)墓狙兄屏藟毫ρa償?shù)腒G型比例閥。型比例閥。Rexroth、Bosch及其他公司研制了用兩個線圈分別控制閥芯兩方向運動及其他公司研制了用兩個線圈分別控制閥芯兩方向運動的比例閥等等。的比例閥等等。97.1 7.1 電液伺服閥的發(fā)展歷史和作用電液伺服閥的發(fā)展歷史和作用107.1

7、 7.1 電液伺服閥的發(fā)展歷史和作用電液伺服閥的發(fā)展歷史和作用冶冶金金行行業(yè)業(yè) 117.1 7.1 電液伺服閥的發(fā)展歷史和作用電液伺服閥的發(fā)展歷史和作用模模具具行行業(yè)業(yè) 127.1 7.1 電液伺服閥的發(fā)展歷史和作用電液伺服閥的發(fā)展歷史和作用試試驗驗機機 137.1 7.1 電液伺服閥的發(fā)展歷史和作用電液伺服閥的發(fā)展歷史和作用航航空空行行業(yè)業(yè) 147.1 7.1 電液伺服閥的發(fā)展歷史和作用電液伺服閥的發(fā)展歷史和作用試驗臺試驗臺 157.1 7.1 電液伺服閥的發(fā)展歷史和作用電液伺服閥的發(fā)展歷史和作用 近年來，隨著液壓技術(shù)、計算機控制技術(shù)、近年來，隨著液壓技術(shù)、計算機控制技術(shù)、高功率密度的稀土永

8、磁材料和電力電子技術(shù)的高功率密度的稀土永磁材料和電力電子技術(shù)的發(fā)展發(fā)展,出現(xiàn)了一種新型的電液控制系統(tǒng)出現(xiàn)了一種新型的電液控制系統(tǒng),它包括它包括電動機、液壓泵、油箱、液壓閥組、執(zhí)行器、電動機、液壓泵、油箱、液壓閥組、執(zhí)行器、傳感器等元件。傳感器等元件。直驅(qū)式電液控制系統(tǒng)直驅(qū)式電液控制系統(tǒng)。16v 美國美國 ：功率電傳：功率電傳( (Power-By-Wire，簡稱，簡稱PBW) )的的機載作動系統(tǒng)計劃；機載作動系統(tǒng)計劃；v 1996199619981998年：年：F-18、 C130 、C141等飛機上對電動等飛機上對電動靜液作動器（靜液作動器（EHAEHA）進行了大量的試驗；）進行了大量的試驗

9、；v 此外，此外，MOOG公司、公司、USAFR(美國空軍研究所美國空軍研究所)、Boeing、Parker公司也開展了公司也開展了類似的研究工作。類似的研究工作。 7.1 7.1 電液伺服閥的發(fā)展歷史和作用電液伺服閥的發(fā)展歷史和作用17NASA Photo F-35AA3807.1 7.1 電液伺服閥的發(fā)展歷史和作用電液伺服閥的發(fā)展歷史和作用2 2、電液伺服閥的作用及特點、電液伺服閥的作用及特點 電液伺服閥是將輸入的電液伺服閥是將輸入的微小模擬電氣信號微小模擬電氣信號轉(zhuǎn)換為大功率的轉(zhuǎn)換為大功率的液液壓信號壓信號(流量與壓力流量與壓力)輸出，實現(xiàn)電液信號的轉(zhuǎn)換與放大。輸出，實現(xiàn)電液信號的轉(zhuǎn)換與

10、放大。電液伺服閥具有電液伺服閥具有動態(tài)響應(yīng)快、控制精度高、使用壽命長動態(tài)響應(yīng)快、控制精度高、使用壽命長等優(yōu)等優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于航空、航天、艦船、冶金、化工等領(lǐng)域的電點，已廣泛應(yīng)用于航空、航天、艦船、冶金、化工等領(lǐng)域的電液伺服控制系統(tǒng)中。液伺服控制系統(tǒng)中。7.1 7.1 電液伺服閥的發(fā)展歷史和作用電液伺服閥的發(fā)展歷史和作用191、電液伺服閥的結(jié)構(gòu)、電液伺服閥的結(jié)構(gòu)7.2 電液伺服閥的組成和工作原理電液伺服閥的組成和工作原理201、電液伺服閥的結(jié)構(gòu)、電液伺服閥的結(jié)構(gòu)7.2 電液伺服閥的組成和工作原理電液伺服閥的組成和工作原理閥體為了使閥芯凸肩與油口精確匹配，在閥體內(nèi)應(yīng)安裝 閥套。211、電液伺服閥

11、的結(jié)構(gòu)、電液伺服閥的結(jié)構(gòu)7.2 電液伺服閥的組成和工作原理電液伺服閥的組成和工作原理在主閥體內(nèi)，還應(yīng)安裝用于過濾控制油液的過濾器。閥體端蓋用于通過從過濾器至比例閥先導(dǎo)級的控制油液。221、電液伺服閥的結(jié)構(gòu)、電液伺服閥的結(jié)構(gòu)7.2 電液伺服閥的組成和工作原理電液伺服閥的組成和工作原理先導(dǎo)級含有兩個噴嘴 23擋板一方面與力矩馬達銜鐵連接，另一方面，其穿過兩個噴嘴，與主閥芯連接。1、電液伺服閥的結(jié)構(gòu)、電液伺服閥的結(jié)構(gòu)7.2 電液伺服閥的組成和工作原理電液伺服閥的組成和工作原理24在力矩馬達中，安裝有環(huán)繞在銜鐵四周的永久磁鐵磁軛。1、電液伺服閥的結(jié)構(gòu)、電液伺服閥的結(jié)構(gòu)7.2 電液伺服閥的組成和工作原理

12、電液伺服閥的組成和工作原理25當(dāng)伺服閥失電時，擋板位于兩個噴嘴中間，所以主閥兩個控制腔中的壓力是相等的 ，即主閥芯也是位于中位。2、電液伺服閥的工作原理、電液伺服閥的工作原理7.2 電液伺服閥的組成和工作原理電液伺服閥的組成和工作原理26在力矩馬達線圈中通入電流會激磁銜鐵，并引起其傾斜。銜鐵傾斜方向由電壓極性來確定，傾斜程度則取決于電流大小。2、電液伺服閥的工作原理、電液伺服閥的工作原理7.2 電液伺服閥的組成和工作原理電液伺服閥的組成和工作原理27銜鐵傾斜會使擋板更加靠近一個噴嘴，而遠(yuǎn)離另一個噴嘴。2、電液伺服閥的工作原理、電液伺服閥的工作原理7.2 電液伺服閥的組成和工作原理電液伺服閥的組

13、成和工作原理28這樣會使主閥兩端控制腔中的壓力產(chǎn)生壓差。2、電液伺服閥的工作原理、電液伺服閥的工作原理7.2 電液伺服閥的組成和工作原理電液伺服閥的組成和工作原理29隨著主閥芯移動，當(dāng)兩控制腔中的壓力相等時，擋板又處于兩噴嘴中間，這時主閥芯停止移動。2、電液伺服閥的工作原理、電液伺服閥的工作原理7.2 電液伺服閥的組成和工作原理電液伺服閥的組成和工作原理3、電液伺服閥的組成、電液伺服閥的組成（1）電）電力轉(zhuǎn)換部分：力轉(zhuǎn)換部分：通常為力馬達或力矩馬達；通常為力馬達或力矩馬達；（2）力）力位移轉(zhuǎn)換部分：位移轉(zhuǎn)換部分：通常為扭簧、彈簧管或彈簧；通常為扭簧、彈簧管或彈簧；（3）液壓放大器：）液壓放大器

14、：通常前置級為滑閥式、射流管式或噴嘴擋板通常前置級為滑閥式、射流管式或噴嘴擋板式液壓放大器，而功率放大級均為滑閥式液壓放大器。式液壓放大器，而功率放大級均為滑閥式液壓放大器。7.2 電液伺服閥的組成和工作原理電液伺服閥的組成和工作原理 3、電液伺服閥的組成、電液伺服閥的組成7.2 電液伺服閥的組成和工作原理電液伺服閥的組成和工作原理 4、力矩馬達、力矩馬達7.2 電液伺服閥的組成和工作原理電液伺服閥的組成和工作原理l 力矩馬達的作用是將力矩馬達的作用是將電信號轉(zhuǎn)換為機械運動電信號轉(zhuǎn)換為機械運動，是，是電氣電氣- -機械轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)換器換器。l 電氣電氣- -機械轉(zhuǎn)換器是利用電磁原理工作的，它由永磁

15、鐵或激勵機械轉(zhuǎn)換器是利用電磁原理工作的，它由永磁鐵或激勵線圈產(chǎn)生極化磁場，電氣控制信號通過控制線圈產(chǎn)生控制磁場，線圈產(chǎn)生極化磁場，電氣控制信號通過控制線圈產(chǎn)生控制磁場，兩個磁場之間相互產(chǎn)生與控制信號成比例并能反應(yīng)控制信號極性兩個磁場之間相互產(chǎn)生與控制信號成比例并能反應(yīng)控制信號極性的力或力矩，從而使其運動部產(chǎn)生的力或力矩，從而使其運動部產(chǎn)生直線位移或角位移直線位移或角位移的機械運動。的機械運動。 4、力矩馬達、力矩馬達7.2 電液伺服閥的組成和工作原理電液伺服閥的組成和工作原理一、力矩馬達的分類一、力矩馬達的分類n 根據(jù)可動件運動：直線位移式和角位移式（力馬達、力矩馬達）。根據(jù)可動件運動：直線位

16、移式和角位移式（力馬達、力矩馬達）。n 按可動件結(jié)構(gòu)：動鐵式和動圈式（可動件是銜鐵、控制線圈）。按可動件結(jié)構(gòu)：動鐵式和動圈式（可動件是銜鐵、控制線圈）。n 按極化磁場：非激磁式、固定電流激磁和永磁式三種。按極化磁場：非激磁式、固定電流激磁和永磁式三種。二二、力矩、力矩馬達的要求馬達的要求p 能夠產(chǎn)生足夠的輸出力和行程，體積小、重量輕。能夠產(chǎn)生足夠的輸出力和行程，體積小、重量輕。p 動態(tài)性能好、響應(yīng)速度快。動態(tài)性能好、響應(yīng)速度快。p 直線性好、死區(qū)小、靈敏度高和磁滯小。直線性好、死區(qū)小、靈敏度高和磁滯小。p 在某些情況下，要求抗振、抗沖擊、不受環(huán)境溫度和壓力等影響。在某些情況下，要求抗振、抗沖擊

17、、不受環(huán)境溫度和壓力等影響。 4、力矩馬達、力矩馬達7.2 電液伺服閥的組成和工作原理電液伺服閥的組成和工作原理 組成：組成：永久磁鐵、上導(dǎo)磁體、下永久磁鐵、上導(dǎo)磁體、下導(dǎo)磁體、銜鐵、控制線圈、彈簧管導(dǎo)磁體、銜鐵、控制線圈、彈簧管等組成。等組成。 原理：原理：銜鐵固定在彈簧管上端，銜鐵固定在彈簧管上端，由彈簧管支承在上、下導(dǎo)磁體的中由彈簧管支承在上、下導(dǎo)磁體的中間位置，可繞彈簧管（扭軸）的轉(zhuǎn)間位置，可繞彈簧管（扭軸）的轉(zhuǎn)動中心作微小的轉(zhuǎn)動。銜鐵兩端與動中心作微小的轉(zhuǎn)動。銜鐵兩端與上、下導(dǎo)磁體上、下導(dǎo)磁體( (磁極磁極) )形成四個工作形成四個工作氣隙、。兩個控制線氣隙、。兩個控制線圈套在銜鐵之

18、上。上、下導(dǎo)磁體除圈套在銜鐵之上。上、下導(dǎo)磁體除作為磁極外，還為永久磁鐵產(chǎn)生的作為磁極外，還為永久磁鐵產(chǎn)生的極化磁通和控制線圈產(chǎn)生的控制磁極化磁通和控制線圈產(chǎn)生的控制磁通提供磁路。通提供磁路。 4、力矩馬達、力矩馬達7.2 電液伺服閥的組成和工作原理電液伺服閥的組成和工作原理 原理：原理：左右永久磁鐵使上下導(dǎo)磁體的氣隙左右永久磁鐵使上下導(dǎo)磁體的氣隙中產(chǎn)生相同方向的極化磁場。沒有輸入信中產(chǎn)生相同方向的極化磁場。沒有輸入信號時，銜鐵與上下導(dǎo)磁體之間的四個工作號時，銜鐵與上下導(dǎo)磁體之間的四個工作氣隙距離相等，銜鐵受到的電磁力相互抵氣隙距離相等，銜鐵受到的電磁力相互抵消而使銜鐵處于中間平衡狀態(tài)。消而使

19、銜鐵處于中間平衡狀態(tài)。 當(dāng)輸入電流時，產(chǎn)生相應(yīng)的控制磁場，當(dāng)輸入電流時，產(chǎn)生相應(yīng)的控制磁場，它在上下氣隙中的方向相反，因此打破了它在上下氣隙中的方向相反，因此打破了原有的平衡，使銜鐵產(chǎn)生與控制電流大小原有的平衡，使銜鐵產(chǎn)生與控制電流大小和方向相對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩，并且使銜鐵轉(zhuǎn)動，和方向相對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩，并且使銜鐵轉(zhuǎn)動，直到力矩與負(fù)載力矩和彈簧反力矩等相平直到力矩與負(fù)載力矩和彈簧反力矩等相平衡。衡。 但轉(zhuǎn)角是很小的，可以看成是微小的直但轉(zhuǎn)角是很小的，可以看成是微小的直線位移（通常小于線位移（通常小于0.2mm0.2mm）。）。 1）按液壓放大級數(shù)，可分為）按液壓放大級數(shù)，可分為單級伺服閥、兩級伺服閥和單級伺

20、服閥、兩級伺服閥和三級伺服閥三級伺服閥，其中兩級伺服閥應(yīng)用較廣。，其中兩級伺服閥應(yīng)用較廣。l 單級伺服閥：單級伺服閥：輸出力矩或力較小，定位剛度低，輸出流量有限，對負(fù)輸出力矩或力較小，定位剛度低，輸出流量有限，對負(fù)載動態(tài)變化敏感，易產(chǎn)生不穩(wěn)定狀態(tài)，使用于低壓小流量。載動態(tài)變化敏感，易產(chǎn)生不穩(wěn)定狀態(tài)，使用于低壓小流量。l 兩級伺服閥：兩級伺服閥：應(yīng)用最廣應(yīng)用最廣。l 三級伺服閥：三級伺服閥：兩級伺服閥作前置級、第三級功率級滑閥，功率級滑閥兩級伺服閥作前置級、第三級功率級滑閥，功率級滑閥位移通過電氣形成閉環(huán)控制，實現(xiàn)滑閥閥芯的定位，適用大流量場合。位移通過電氣形成閉環(huán)控制，實現(xiàn)滑閥閥芯的定位，適用

21、大流量場合。7.3 電液伺服閥的分類電液伺服閥的分類 2 2） 按第一級液壓放大器的結(jié)構(gòu)分：按第一級液壓放大器的結(jié)構(gòu)分：l 滑閥放大器：滑閥放大器：流量增益和壓力增益高，輸出流量大，對油液清潔度要求低。流量增益和壓力增益高，輸出流量大，對油液清潔度要求低。結(jié)構(gòu)工藝復(fù)雜，閥芯受力大，分辨率低，滯環(huán)大，響應(yīng)慢。結(jié)構(gòu)工藝復(fù)雜，閥芯受力大，分辨率低，滯環(huán)大，響應(yīng)慢。l 單噴嘴擋板閥：單噴嘴擋板閥：特性不好，很少用特性不好，很少用l 雙噴嘴擋板閥：雙噴嘴擋板閥：動態(tài)響應(yīng)快，結(jié)構(gòu)對稱，壓力靈敏度高，特性線性好，溫度動態(tài)響應(yīng)快，結(jié)構(gòu)對稱，壓力靈敏度高，特性線性好，溫度和壓力零漂小，檔板受力小，輸出功率小。和

22、壓力零漂小，檔板受力小，輸出功率小。間隙小，易堵塞，抗污染能力差，對間隙小，易堵塞，抗污染能力差，對油液清潔度要求高。油液清潔度要求高。l 射流管及射流元件：射流管及射流元件：最大優(yōu)點：抗污染能力強最大優(yōu)點：抗污染能力強，最小通流尺寸大，不易堵塞，最小通流尺寸大，不易堵塞，壓力效率和容積效率高，可產(chǎn)生較大的控制壓力和流量，提高功率級滑閥的驅(qū)動壓力效率和容積效率高，可產(chǎn)生較大的控制壓力和流量，提高功率級滑閥的驅(qū)動力，使功率級滑閥的抗污染能力增強。特性不易預(yù)測，慣性大，動態(tài)響應(yīng)慢，受力，使功率級滑閥的抗污染能力增強。特性不易預(yù)測，慣性大，動態(tài)響應(yīng)慢，受油溫變化影響大，低溫特性差。油溫變化影響大，低

23、溫特性差。7.3 電液伺服閥的分類電液伺服閥的分類7.3 電液伺服閥的分類電液伺服閥的分類可分為滑閥可分為滑閥三種。三種。濕式：濕式：可使力矩馬達受到油液的冷卻，但油液中存在的鐵污物使力可使力矩馬達受到油液的冷卻，但油液中存在的鐵污物使力短馬達持性變壞；短馬達持性變壞；干式干式：則可使力矩馬達不受油液污染的影響，目前的伺服閥都采用：則可使力矩馬達不受油液污染的影響，目前的伺服閥都采用干式的。干式的。7.3 電液伺服閥的分類電液伺服閥的分類雙噴擋閥、射流管閥都是力反饋型伺服閥，線性度好，性雙噴擋閥、射流管閥都是力反饋型伺服閥，線性度好，性能穩(wěn)定，抗干擾能力強，零漂小。能穩(wěn)定，抗干擾能力強，零漂小

24、。n 雙噴擋閥的檔板與噴嘴間隙小，易被污物卡住。雙噴擋閥的檔板與噴嘴間隙小，易被污物卡住。n 射流管閥噴嘴為最小流通面積處，過流面積大，不易堵塞，射流管閥噴嘴為最小流通面積處，過流面積大，不易堵塞，抗污染性好。射流管閥具有抗污染性好。射流管閥具有“失效對中能力失效對中能力”。射流管閥。射流管閥動態(tài)性能稍低于噴擋閥。動態(tài)性能稍低于噴擋閥。407.4 電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo)電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo) 電液伺服閥是非常精密而又復(fù)雜的伺服元件，其性能對整個伺服系統(tǒng)的性能影響很大，因此，對其特性及性能指標(biāo)的要求十分嚴(yán)格。 一、靜態(tài)特性一、靜態(tài)特性 電液伺服閥的靜態(tài)性能，可根據(jù)測試得到的負(fù)

25、載流量特性、空載流量特性、壓力特性、內(nèi)泄漏特性等曲線和性能指標(biāo)進行評定。1 1 負(fù)載流量特性（壓力負(fù)載流量特性（壓力- -流量特性）流量特性） 負(fù)載流量特性曲線完全描述了伺服閥的靜態(tài)特性。但要測得這組曲線卻相當(dāng)麻煩，特別是在零位附近，很難測出其精確值，而伺服閥卻正好在此處工作。因此，這些曲線主要還是用來確定伺服閥的類型和估計伺服閥的規(guī)格，以便與所要求的負(fù)載流量和負(fù)載壓力相匹配。41電液伺服閥的規(guī)格也可由額定電流In、額定壓力pn、額定流量qn表示。 額定電流In 為產(chǎn)生額定流量對線圈任一極性所規(guī)定的輸入電流（不包括零偏電流），單位為A。規(guī)定額定電流時，必須規(guī)定線圈的連接形式。額定電流通常指單線

26、圈連接、并聯(lián)連接或差動連接。當(dāng)串聯(lián)連接時，其額定電流為上述的額定電流的一半。額定工作條件時供油壓力（額定供油壓力），單位為pa。 額定壓力pn 額定流量qn 在規(guī)定的閥壓降下，對應(yīng)于額定電流的負(fù)載流量，單位為m3/s。通常在空載條件規(guī)定伺服閥的額定流量。此時閥壓降等于額定供油壓力，也可在負(fù)載壓降等于三分之二供油壓力的條件下規(guī)定額定流量，這樣規(guī)定的額定流量對應(yīng)閥的最大功率輸出點。7.4 電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo)電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo)422 2 空載流量特性空載流量特性 空載流量特性曲線是輸出流量與輸入電流呈回環(huán)狀的函數(shù)曲線。它是在給定的伺服閥壓降和負(fù)載壓降為零的條件下，使輸入電

27、流在正、負(fù)額定電流值之間以閥的動態(tài)特性不產(chǎn)生影響的循環(huán)速度作一完整循環(huán)描繪出來的連續(xù)曲線。 流量曲線中點的軌跡稱名義流量曲線，是零滯環(huán)流量曲線。閥的滯環(huán)通常很小，可把流量曲線的任一側(cè)當(dāng)作名義流量曲線使用。 流量曲線上某點或某段的斜率就是閥在該點或該段的流量增益。7.4 電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo)電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo)43 從名義流量曲線的零流量點向兩極各作一條與名義流量曲線偏差為最小的直線，就是名義流量增益線，如圖所示。兩個極的名義流量增益線斜率的平均值就是名義流量增益，單位為m3/sA。 伺服閥的額定流量與額定電流之比稱為額定流量增益。 流量曲線不僅給出閥的極性、額定空載流量

28、、名義流量增益，且從中還可得到閥的線性度、對稱度、滯環(huán)、分辨率，并揭示閥的零區(qū)特性。7.4 電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo)電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo)44 線性度 流量伺服閥名義流量曲線的直線性。以名義流量曲線與名義流量增益線的最大偏差電流值與額定電流的百分比表示，如圖所示，通常小于7.5%。 對稱度 閥的兩個極值的名義流量增益的一致程度。用兩者之差對較大者的百分比表示，土圖所示，通常小于10%。 滯環(huán) 在流量曲線中，產(chǎn)生相同輸出流量的往返輸入電流的最大差值，與額定電流的百分比，如圖所示，伺服閥的滯環(huán)，一般小于5%。 滯環(huán)產(chǎn)生的原因，一方面是力矩馬達磁路的磁滯，另一方面是伺服閥中的游隙。

29、磁滯回環(huán)的寬度隨輸入信號的大小而變化，當(dāng)輸入的信號減小時，磁滯回環(huán)的寬度將減小。游隙是由于力矩馬達中機械固定處的滑動以及閥芯與閥套間的摩擦力產(chǎn)生的。如果油是臟的，則游隙會大大增加，有可能使伺服系統(tǒng)不穩(wěn)定。7.4 電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo)電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo)45 分辨率 使閥的輸出流量發(fā)生變化所需要的輸入電流的最小變化值與額定電流的百分比比，稱為分辨率。通常規(guī)定為從輸出流量的增加狀態(tài)回復(fù)到輸出流量減小狀態(tài)所需之電流最小變化值與額定電流之比。伺服閥的分辨率一般小于1%。分辨率主要由伺服閥中的靜摩擦力引起的。 重疊 伺服閥的零位指空載流量為零的幾何零位。伺服閥常工作在零位附近，因

30、此零位特性特別重要。零位區(qū)域是輸出級的重疊對流量增益起主要影響的區(qū)域。伺服閥的重疊用兩級名義流量曲線近似直線部分的延長線與零流量線相交的總間隔與額定電流的百分比表示。如圖所示。伺附閥的重疊分為：零重疊、正重疊、負(fù)重疊。7.4 電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo)電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo)46 零偏 為使閥處于零位所需的輸入電流值（不計發(fā)的滯環(huán)影響）與額定電流的百分比表示，如圖所示，通常小于3%。3 3 壓力特性壓力特性 壓力特性曲線是輸出流量為零（兩個負(fù)載油口關(guān)閉）時，負(fù)載壓降與輸入電流呈回環(huán)狀的函數(shù)曲線，如圖所示。負(fù)載壓力對輸入電流的變化就是壓力增益，單位為pa/A。伺服閥的壓力增益通常規(guī)

31、定為最大負(fù)載壓降的40%之間，負(fù)載壓降對輸入電流曲線的平均斜率。壓力增益指標(biāo)為輸入1%的額定電流時，負(fù)載壓降應(yīng)超過30%的額定工作壓力?？蛰d流量特性空載流量特性7.4 電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo)電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo)474 4 內(nèi)泄漏特性內(nèi)泄漏特性內(nèi)泄漏流量是負(fù)載流量為零時，從回油口流出的總流量，單位m3/s，隨輸入電流而變化。當(dāng)閥處于零位時，內(nèi)泄漏流量（零位內(nèi)泄漏流量）最大。對兩級伺服閥而言，內(nèi)泄漏流量由前置級的泄漏流量qp0和功率級泄漏流量q1組成。功率滑閥的零位泄漏流量qc與供油壓力ps之比，可作為滑閥的流量-壓力系數(shù)。零位泄漏流量對新閥可作為滑閥制造質(zhì)量的指標(biāo)，對舊閥可

32、反映滑閥的磨損情況。5 5 零漂零漂工作條件或環(huán)境變化所導(dǎo)致的零偏變化，以其對額定電流的百分比表示。通常規(guī)定有供油壓力零漂、回油壓力零漂、溫度零漂、零值電流零漂等。7.4 電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo)電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo)48 供油壓力零漂 供油壓力在70%100%額定供油壓力的范圍內(nèi)變化時，零漂小于2%。 回油壓力零漂 回油壓力在0%20%額定供油壓力的范圍內(nèi)變化時，零漂小于2%。 溫度零漂 工作溫度每變化400C時，零漂小于2%。 零值電流零漂 零值電流在0%100%額定電流范圍內(nèi)變化時，零漂小于2%。 二、動態(tài)特性二、動態(tài)特性電液伺服閥的動態(tài)特性可用頻率響應(yīng)或瞬態(tài)響應(yīng)表示，

33、一般用頻率相應(yīng)表示。電液伺服閥的頻率響應(yīng)是輸入電流在某一頻率范圍內(nèi)作等幅變頻正弦變化時，空載流量與輸入電流的復(fù)數(shù)比，頻響特性曲線如圖所示。7.4 電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo)電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo)49 伺服閥的頻率響應(yīng)隨供油壓力、輸入電流幅值、油溫和其他工作條件而變化。通常在標(biāo)準(zhǔn)試驗條件下進行試驗，推薦輸入電流的峰值為額定電流的一半（25%額定電流），基準(zhǔn)（初始）頻率通常為5或10Hz。 伺服閥的頻帶寬通常以幅值比為-3dB（即輸出流量為基準(zhǔn)頻率時的輸出流量的70.7%）時所對應(yīng)的頻率作為幅頻寬，以相位滯后900時所對應(yīng)的頻率作為相頻寬。 頻寬是伺服閥響應(yīng)速度的度量。頻寬應(yīng)根據(jù)系

34、統(tǒng)實際需要確定，頻寬過低會限制系統(tǒng)的響應(yīng)速度，過高會使高頻干擾傳到負(fù)載上去。 伺服閥的幅值比一般不允許大于+2dB。 三、輸入特性三、輸入特性1 1 線圈接法線圈接法伺服閥有兩個線圈，可根據(jù)需要采用下列任何一種接法。7.4 電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo)電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo)50 單線圈接法 輸入電阻等于單線圈電阻，線圈電流等于額定電流，電控功率P=In2Rc。單線圈接法可以減小電感的影響。 雙線圈單獨接法 一只線圈接輸入，另一線圈可用來調(diào)偏、接反饋或引入顫振信號。 串聯(lián)接法 輸入電阻為單線圈電阻的兩倍，額定電流為單線圈時的一半，電控功率為P=In2Rc/2。串聯(lián)連接的特點是額定電

35、流和電控功率小，但易受電源電壓變動的影響。 并聯(lián)接法 輸入電阻為單線圈電阻的一半，額定電流為單線圈接法時的額定電流，電控功率為P=In2Rc/2。其特點是工作可靠，一只線圈壞了也能工作，電流和電控功率小，但易受電源電壓變動的影響。 差動接法 差動電流等于額定電流，等于兩倍的信號電流，電控功率P=In2Rc/2。其特點是不易受電子放大器和電源電壓變動的影響。7.4 電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo)電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo)512 2 顫振顫振 為了提高伺服閥的分辨能力，可以在伺服閥的信號上疊加一個高頻低振幅的電信號。顫振使伺服閥處在一個高頻低幅值的運動狀態(tài)之中，這可以減小或消除伺服閥中由于

36、干摩擦所產(chǎn)生的游隙。同時還可以防止閥的堵塞。但顫振不能減小力矩馬達磁路所產(chǎn)生的磁滯影響。 顫振的頻率和幅值對其所起的作用都有影響。顫振頻率應(yīng)大大超過預(yù)計的信號頻率，而不應(yīng)與伺服閥或執(zhí)行元件與負(fù)載的諧振頻率相重合。因為這類諧振的激勵可能引起疲勞破壞或者使所含元件飽和。顫振幅值應(yīng)足夠大以使峰間值剛好填滿游隙寬度，這相當(dāng)于主閥芯運動約為2.5m左右。顫振幅度又不能過大，以致通過伺服閥傳到負(fù)載。顫振信號的波形采用正弦波、三角波、方波，其效果是相同的。7.4 電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo)電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo)52研究現(xiàn)狀： 1）在結(jié)構(gòu)改進上，目前主要是利用冗余技術(shù)對伺服閥的結(jié)構(gòu)進行改造。p

37、俄羅斯研制的射流管式伺服閥閥芯兩端設(shè)計了雙冗余位置俄羅斯研制的射流管式伺服閥閥芯兩端設(shè)計了雙冗余位置傳感器，用來檢測閥芯位置。一旦出現(xiàn)故障信號可立即切傳感器，用來檢測閥芯位置。一旦出現(xiàn)故障信號可立即切換備用伺服閥。換備用伺服閥。p美國的美國的Moog公司和俄羅斯的沃斯霍得工廠均已研制出四公司和俄羅斯的沃斯霍得工廠均已研制出四余度的伺服機構(gòu)用于航天行業(yè)。余度的伺服機構(gòu)用于航天行業(yè)。p我國的航天系統(tǒng)有關(guān)單位早在我國的航天系統(tǒng)有關(guān)單位早在90年代就已進行三余度等多年代就已進行三余度等多余度伺服機構(gòu)的研制，將伺服閥的力矩馬達、反饋元件、余度伺服機構(gòu)的研制，將伺服閥的力矩馬達、反饋元件、滑閥副做成多套，

38、發(fā)生故障可隨時切換，保證系統(tǒng)的正常滑閥副做成多套，發(fā)生故障可隨時切換，保證系統(tǒng)的正常工作。工作。7.5 電液伺服閥的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢電液伺服閥的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢53 2）在加工工藝的改進方面，采用新型的加工設(shè)備和工藝來提高伺服閥的加工精度及能力。 7.5 電液伺服閥的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢電液伺服閥的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢p如在閥芯閥套配磨方法上，國內(nèi)提出了智能化、全自動的如在閥芯閥套配磨方法上，國內(nèi)提出了智能化、全自動的配磨系統(tǒng)。配磨系統(tǒng)。p在力矩馬達的焊接方面，中船重工第在力矩馬達的焊接方面，中船重工第704研究所與德國知研究所與德國知名廠家合作采用了世界最先進的焊接工藝取得了良好的效名廠家合

39、作采用了世界最先進的焊接工藝取得了良好的效果。果。p提出智能化的伺服閥力矩馬達彈性元件測量裝置。對彈性提出智能化的伺服閥力矩馬達彈性元件測量裝置。對彈性元件能高效完成剛度測量、得到完整的測量曲線，且不重元件能高效完成剛度測量、得到完整的測量曲線，且不重復(fù)性測量誤差不大于復(fù)性測量誤差不大于1%。 54 3）在材料的更替上方面，除了對某些零件采用了強度、彈性、硬度等機械性能更優(yōu)越的材料外。還對特別用途的伺服閥采用了特殊的材料。p德國有關(guān)公司用紅寶石材料制作噴嘴檔板，防止因氣饋造德國有關(guān)公司用紅寶石材料制作噴嘴檔板，防止因氣饋造成檔板和噴嘴的損傷、動靜態(tài)性能降低、工作壽命縮短。成檔板和噴嘴的損傷、動

40、靜態(tài)性能降低、工作壽命縮短。機械反饋桿頭部的小球也用紅寶石制作，防止小球和閥芯機械反饋桿頭部的小球也用紅寶石制作，防止小球和閥芯小槽之間的磨損，使閥失控，并產(chǎn)生尖叫。小槽之間的磨損，使閥失控，并產(chǎn)生尖叫。p航空六航空六O九所、中船重工第七九所、中船重工第七O四研究所等單位均采用新材四研究所等單位均采用新材料研制了能以航空煤油、柴油為介質(zhì)的耐腐蝕伺服閥。料研制了能以航空煤油、柴油為介質(zhì)的耐腐蝕伺服閥。p此外對密封圈的材料也進行了更替，使伺服閥耐高壓、耐此外對密封圈的材料也進行了更替，使伺服閥耐高壓、耐腐蝕的性能得到提高。腐蝕的性能得到提高。 7.5 電液伺服閥的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢電液伺服閥的研究

41、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢55 4）在測試方法改進方面，隨著計算機技術(shù)的高速發(fā)展生產(chǎn)單位均采用計算機技術(shù)對伺服閥的靜、動態(tài)性能進行測試與計算。p某些單位還對如何提高測量精度，降低測量儀器本身的振某些單位還對如何提高測量精度，降低測量儀器本身的振動、熱噪聲和外界的高頻干擾對測量結(jié)果的影響，作了深動、熱噪聲和外界的高頻干擾對測量結(jié)果的影響，作了深入的研究。入的研究。p如采用測頻如采用測頻/測周法、尋優(yōu)信號測試法、小波消噪法、正弦測周法、尋優(yōu)信號測試法、小波消噪法、正弦輸入法及數(shù)字濾波等新技術(shù)對伺服閥測試設(shè)備及方法進行輸入法及數(shù)字濾波等新技術(shù)對伺服閥測試設(shè)備及方法進行了研制和改進。了研制和改進。 7.5 電液伺

42、服閥的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢電液伺服閥的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢56發(fā)展趨勢：當(dāng)前，新型當(dāng)前，新型電液伺服閥技術(shù)電液伺服閥技術(shù)的發(fā)展趨勢主要體的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在現(xiàn)在新型結(jié)構(gòu)的設(shè)計、新型材料的采用及電子化、數(shù)字化新型結(jié)構(gòu)的設(shè)計、新型材料的采用及電子化、數(shù)字化技術(shù)與液壓技術(shù)技術(shù)與液壓技術(shù)的結(jié)合等幾方面。的結(jié)合等幾方面。 1）新型結(jié)構(gòu)的設(shè)計p直動型電液伺服閥直動型電液伺服閥p“音圈驅(qū)動音圈驅(qū)動(Voice Coil Drive)”技術(shù)技術(shù)p采用步進電機、伺服電機、新型電磁鐵等驅(qū)動結(jié)構(gòu)采用步進電機、伺服電機、新型電磁鐵等驅(qū)動結(jié)構(gòu)p光光-液直接轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)液直接轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)7.5 電液伺服閥的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢電液伺服

43、閥的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢572）新型材料的采用：當(dāng)前在電液伺服閥研制領(lǐng)域的新型材料運當(dāng)前在電液伺服閥研制領(lǐng)域的新型材料運用，主要是以壓電元件、超磁致伸縮材料及形狀記憶合金等為基礎(chǔ)的用，主要是以壓電元件、超磁致伸縮材料及形狀記憶合金等為基礎(chǔ)的轉(zhuǎn)換器研制開發(fā)。轉(zhuǎn)換器研制開發(fā)。 3）電子化、數(shù)字化技術(shù)的運用： p在電液伺服閥模擬控制元器件上加入在電液伺服閥模擬控制元器件上加入D/A轉(zhuǎn)換裝置來實現(xiàn)轉(zhuǎn)換裝置來實現(xiàn)其數(shù)字控制。其數(shù)字控制。 p通過用步進電機驅(qū)動閥芯，將輸入信號轉(zhuǎn)化成電機的步進通過用步進電機驅(qū)動閥芯，將輸入信號轉(zhuǎn)化成電機的步進信號來控制伺服閥的流量輸出。信號來控制伺服閥的流量輸出。7.5 電液

44、伺服閥的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢電液伺服閥的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢587.6 力反饋兩級電液伺服閥力反饋兩級電液伺服閥 一、力反饋兩級電液伺服閥結(jié)構(gòu)及工作原理一、力反饋兩級電液伺服閥結(jié)構(gòu)及工作原理 1 1 結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)組成第一級液壓放大器：雙噴嘴擋板閥，由永磁動鐵式力矩馬達控制。第二級液壓放大器：四通滑閥，閥芯位移通過反饋桿與銜鐵擋板組件相連，構(gòu)成滑閥位移力反饋回路?；y位移通過反饋桿轉(zhuǎn)換成機械力矩反饋到力矩馬達的銜鐵組件上。 2 2 工作原理工作原理l 無控制電流時，銜鐵處于上下導(dǎo)磁體中間位置，擋板也處于兩噴嘴中間，閥芯在反饋桿小球的約束下處于中位，無液壓輸出。59l 當(dāng)有差動電流i=ic=i1-i2

45、0輸入時，銜鐵上產(chǎn)生逆時針的電磁力矩，銜鐵擋板組件繞彈簧管轉(zhuǎn)動中心逆時針偏轉(zhuǎn)，彈簧管和反饋桿變形。擋板偏離中位右移，p2p增大，p1p減小，推動閥芯左移，同時帶動反饋桿端部小球左移，反饋桿進一步變形，當(dāng)反饋桿和彈簧管變形產(chǎn)生的反力矩與電磁力矩相平衡時，銜鐵擋板組件處于平衡位置。l 在反饋桿端部左移進一步變形時，使擋板偏移減小，趨于中位。使控制壓力p2p降低，p1p增大，當(dāng)閥芯兩端的液壓力與反饋桿變形對閥芯產(chǎn)生的反作用力以及滑閥的液動力平衡時，閥芯停止運動，其位移xv與ic成比例，伺服閥輸出一對應(yīng)流量qL。在負(fù)載壓差一定時，閥的輸出流量與控制電流成比例，達到用差動控制電流ic控制流量qL目的。7

46、.6 力反饋兩級電液伺服閥力反饋兩級電液伺服閥60 二、力反饋兩級電液伺服閥基本方程及方塊圖二、力反饋兩級電液伺服閥基本方程及方塊圖 1 1 力矩馬達運動方程力矩馬達運動方程 力矩馬達工作時包含兩個動態(tài)過程：電的動態(tài)過程和機械的動態(tài)過程。電的動態(tài)過程用電路的基本電壓方程表示，機械的動態(tài)過程用銜鐵擋板組件的運動方程表示。（1 1）電壓平衡方程）電壓平衡方程 力矩馬達的兩個控制線圈由一個推挽放大器供給控制電流。放大器中有一常值電壓Eb加到控制線圈上，在每個線圈中產(chǎn)生常值電流I0。由于在線路連接上進行了處理，兩線圈中的I0的作用是彼此相反的，即I0在兩線圈中引起的磁通相互抵消，不會使銜鐵產(chǎn)生電磁力矩

47、。7.6 力反饋兩級電液伺服閥力反饋兩級電液伺服閥61當(dāng)放大器輸入一控制電壓，則有控制電流輸送到控制線圈中，使一個線圈中的電流增加，另一線圈中的電流減小。故兩線圈中的電流為10iIi10iIi122ciiiii 式中，i1、i2各線圈中的電流，i每個線圈中的控制（信號）電流，i兩線圈中的差動電流。差動控制電流i即為輸入力矩馬達的控制電流ic。在銜鐵中產(chǎn)生的控制磁通以及電磁力矩比例于i。當(dāng)有控制電壓ug加到放大器的輸入端，則在其輸出端有放大了的控制電壓加到力矩馬達的線圈上。于是，推挽放大器工作時，輸入每個線圈的信號電壓（控制電壓）u1、u2為：7.6 力反饋兩級電液伺服閥力反饋兩級電液伺服閥62

48、12uguuK uKu放大器每邊的放大系數(shù)（增益）。力矩馬達的輸入控制電壓：122cuguguguuuK uK uK u列出每個線圈回路的電壓平衡方程：112()abbcpbcdEui zRri zNdt221()abbcpbcdEui zRri zNdt式中，zb線圈共用邊的阻抗，Rc每個線圈的電阻，rp每個線圈回路中放大器內(nèi)阻，Nc每個線圈的匝數(shù)，a銜鐵磁通。122ciiiii 2()2augcpcdK uRriNdt 則有7.6 力反饋兩級電液伺服閥力反饋兩級電液伺服閥632()2augcpcdK uRriNdt 力矩馬達電路的電壓平衡方程表明：控制電壓2Kuug一部分消耗在線圈電阻Rc

49、和放大器內(nèi)阻rp的發(fā)熱，另一部分用來克服銜鐵磁通變化在控制線圈中產(chǎn)生的反電動勢。2cagggNailR將銜鐵磁通 代入上式，得力矩馬達電路基本電壓平衡方程最終表達式：22()42cugcpcgggNa dd iK uRriNldtRdt 2bcggaKNl令每個線圈的反電動勢常數(shù)（伏/弧度/秒）2ccgNLR每個線圈的自感系數(shù)（亨 或 歐秒）7.6 力反饋兩級電液伺服閥力反饋兩級電液伺服閥642()22ugcpbcdd iK uRriKLdtdt 則有其拉氏變換式:2()22ugcpbcK URrIK sL s I 方程式左邊為放大器加在線圈上的總控制電壓。右邊第一項為電阻上的電壓降；第二項為

50、由于銜鐵被放置在控制線圈內(nèi)，以一定的速度運動，使通過銜鐵上的極化磁通不斷變化，因而在在線圈內(nèi)產(chǎn)生的反電動勢；第三項為線圈內(nèi)電流變化所引起的感應(yīng)電動勢，包括線圈自感和兩線圈互感產(chǎn)生的電動勢。224ccccdid idiLLLdtdtdt由于 第三項可寫成2cii表明，兩線圈的自感和互感加在一起為4Lc。由于兩線圈對控制電流i，是串聯(lián)的，且緊密耦合的，結(jié)構(gòu)參數(shù)也配對的故互感等于自感。每個線圈回路的總電感是2Lc，整個力矩馬達的總電感4Lc。7.6 力反饋兩級電液伺服閥力反饋兩級電液伺服閥652()22ugcpbcK URrIK sL s I 由式可得22()(1)()(1)ugbcpcpaaK U

51、K sIssRrRr 式中，()2cpacRrL控制線圈回路的轉(zhuǎn)折頻率。（2 2）銜鐵擋板組件的運動方程）銜鐵擋板組件的運動方程dtmTKiK 由式可知，力矩馬達輸出的電磁力矩包括：中位電磁力矩 ，即銜鐵處于中位時，控制i產(chǎn)生的電磁力矩。tKi電磁彈簧力矩 ，即銜鐵偏離中位時，氣隙發(fā)生變化產(chǎn)生的附加電磁力矩。mK7.6 力反饋兩級電液伺服閥力反饋兩級電液伺服閥66在電磁力矩Td作用下，銜鐵擋板組件的運動方程為：2122daaaLLddTJBKTTdtdt式中，Ja銜鐵擋板組件的轉(zhuǎn)動慣量，Ba粘性阻尼系數(shù)，Ka彈簧管剛度，TL1噴嘴對擋板的液流力產(chǎn)生的負(fù)載力矩， TL2反饋桿變形對銜鐵擋板組件產(chǎn)

52、生的負(fù)載力矩。左邊為力矩馬達產(chǎn)生的電磁力矩，右端為作用在銜鐵組件上的反力矩。l 作用在擋板上的液流力對銜鐵擋板組件產(chǎn)生的負(fù)載力矩2210(8)dfLLpNsfTrp ArC p x式中，AN噴嘴孔的面積，pLP兩噴嘴腔的負(fù)載壓差，噴嘴中心至彈簧管回轉(zhuǎn)中心的距離。7.6 力反饋兩級電液伺服閥力反饋兩級電液伺服閥67l 反饋桿變形對銜鐵擋板組件產(chǎn)生的負(fù)載力矩2()()LfvTrb Krbx式中，b反饋桿小球中心到噴嘴中心的距離，f反饋桿剛度。因此，聯(lián)立下列各式：dtmTKiK 2122daaaLLddTJBKTTdtdt2210(8)dfLLpNsfTrp ArC p x2()()LfvTrb K

53、rbx得，銜鐵擋板組件的力矩平衡方程為：7.6 力反饋兩級電液伺服閥力反饋兩級電液伺服閥6822dtmaaaddTKiKJBKdtdt 220(8)dfLpNsfrp ArC p x()()fvrb Krbx經(jīng)拉氏變換，得銜鐵擋板組件的力矩平衡方程為：2220(8)dftmaaaNLpsfKIKJ SB SKrA prC p x ()()fVrb Krbx即，2()()taamffVLpNKIJ sB sKrb K Xrp A 式中，mf力矩馬達的總剛度（綜合剛度），2()mfanfKKrbKan力矩馬達的凈彈簧剛度，2208dfanamsfKKKC p x r7.6 力反饋兩級電液伺服閥力反

54、饋兩級電液伺服閥692()()taamffVLpNK IJ sBs Kr b K Xrp A 因此，可得21()()tLpNfVaamfKIrp Arb K XJ sB sK 或221()21mftfVLpNmfmfmfKKIKrb Xrp Ass 式中，mf力矩馬達的總固有頻率，mfmfaKJmf力矩馬達的機械組尼比，2amfamfBJ K7.6 力反饋兩級電液伺服閥力反饋兩級電液伺服閥70因此，由式：22()(1)()(1)ugbcpcpaaK UK sIssRrRr 221()21mftfVLpNmfmfmfKKIKrb XrpAss得力矩馬達環(huán)節(jié)的方塊圖：7.6 力反饋兩級電液伺服閥力

55、反饋兩級電液伺服閥71 2 2 擋板位移與銜鐵轉(zhuǎn)角的關(guān)系擋板位移與銜鐵轉(zhuǎn)角的關(guān)系fXr因此，上述力矩馬達環(huán)節(jié)的方塊圖變換后為221()21mftfVLpNmfmfmfKKIKrb XrpAss22()(1)()(1)ugbcpcpaaK UK sIssRrRr 7.6 力反饋兩級電液伺服閥力反饋兩級電液伺服閥72 3 3 噴嘴擋板至滑閥的傳遞函數(shù)噴嘴擋板至滑閥的傳遞函數(shù)建立此環(huán)節(jié)的動態(tài)方程，假設(shè)l 認(rèn)為噴嘴擋板閥的綜合特性是線性的，其線性化方程為pqpfcpLpQK XK Pl 忽略滑閥的內(nèi)外泄漏、摩擦力和失靈區(qū)l 近似認(rèn)為滑閥上的液動力是線性變化的，其穩(wěn)態(tài)液動力為0.43()yusLvvvR

56、W ppXK X根據(jù)上述假設(shè)，考慮液體可壓縮性時，滑閥運動所需的流量為2oppvvLpeVQA sXsP式中，Vop滑閥處于中位時，左右腔每一腔的容積。7.6 力反饋兩級電液伺服閥力反饋兩級電液伺服閥73閥芯上作用的力平衡方程為2()vLpvvvvfvvvA pm s XB sXKrbXK X為簡化，忽略實際數(shù)值較小的量，即 ， 則有0vB ()0rb21()Lpvvfvvvpm s XKKXApqpfcpLpQK XK P2oppvvLpeVQA sXsP聯(lián)立上述三式，得322212hpfqpfvfhphphphpvKsssXXA 式中，fvfcpvKKKA22evhpopvAV m噴嘴擋板

57、-滑閥環(huán)節(jié)的固有頻率7.6 力反饋兩級電液伺服閥力反饋兩級電液伺服閥742cpvehpvopKmAV噴嘴擋板-滑閥環(huán)節(jié)的相對阻尼系數(shù)因此，得傳遞函數(shù)3222112qpvvfhpffhphphphpKXAXsss 322212hpfqpfvfhphphphpvKsssXXA由于，f很小，近似為f0，則有22211qpvvfhphphpKXAXsssKqp噴嘴擋板閥的流量增益，v滑閥閥芯端面面積，hp滑閥液壓固有頻率，hp滑閥液壓阻尼比，op滑閥一端包含的容積，Kcp噴嘴擋板閥的流量壓力增益系數(shù)，mv滑閥閥芯及油液的歸一化質(zhì)量。7.6 力反饋兩級電液伺服閥力反饋兩級電液伺服閥75因此，得到伺服閥的

58、方塊圖。22211qpvvfhphphpKXAXsss由于7.6 力反饋兩級電液伺服閥力反饋兩級電液伺服閥76從圖中可知，在反饋信號中有一項pLp，是閥芯兩端作用的壓力差，大小與滑閥壓力有關(guān)，滑閥所受的力包括慣性力、穩(wěn)態(tài)液動力等，而液動力又與滑閥輸出的負(fù)載壓力有關(guān)，即與液壓執(zhí)行機構(gòu)的運動有關(guān)，為此需要寫出動力機構(gòu)的動態(tài)方程。 4 4 閥控液壓缸的傳遞函數(shù)閥控液壓缸的傳遞函數(shù)221()21mftfVLpNmfmfmfKKIKrb Xrp Ass 由式包含噴嘴擋板閥的負(fù)載壓力pLp，其大小與滑閥受力有關(guān)。為簡單，動力元件的負(fù)載只考慮慣性負(fù)載，則閥芯位移至液壓缸位移的傳遞函數(shù)為222222114pq

59、pqpvhtttcehheppXKAKAXsVmm KsssssAA7.6 力反饋兩級電液伺服閥力反饋兩級電液伺服閥77 5 5 作用在擋板上的壓力反饋環(huán)節(jié)作用在擋板上的壓力反饋環(huán)節(jié) 略去滑閥閥芯運動時受到的粘性阻尼力和反饋桿彈簧力，只考慮閥芯的慣性力和穩(wěn)態(tài)液動力，則噴嘴擋板閥的負(fù)載力:2210.43()vLpvsLvvd XpmW ppXAdt上式中，穩(wěn)態(tài)液動力是pL和Xv的函數(shù)，將上式在Xv0和pL0處線性化。因液壓缸的負(fù)載是純觀性，穩(wěn)態(tài)時的pL0=0，線性化增量的拉氏變換為：2010.430.43LpvvsvvLvPm s XWp XWX PA式中，XV0初始點的閥芯位移，pL0初始點的

60、負(fù)載壓力， pL滑閥輸出的負(fù)載壓力。當(dāng)執(zhí)行機構(gòu)上只作用慣性負(fù)載時，有21LtppPm s XA7.6 力反饋兩級電液伺服閥力反饋兩級電液伺服閥78因此，力反饋兩級電液伺服閥的方塊圖。可見，伺服閥有兩個反饋回路：一個是滑閥位移的力反饋回路，是由于反饋桿的作用；另一個是作用在擋板上的壓力反饋回路，是由于滑閥位移和執(zhí)行機構(gòu)負(fù)載變化而形成的。2221pqpvhhhXKAXsss21LtppPm s XA2010.430.43LpvvsvvLvPm s XWp XWXPA7.6 力反饋兩級電液伺服閥力反饋兩級電液伺服閥79 三、力反饋伺服閥的穩(wěn)定性分析三、力反饋伺服閥的穩(wěn)定性分析 伺服閥的方塊圖包含兩個

61、反饋回路，其中力反饋回路對伺服閥的性能起主要作用，壓力反饋回路因受負(fù)載壓力的影響，需要在設(shè)計時確定一個準(zhǔn)則，是一個次要的回路。兩個回路都存在穩(wěn)定性問題。 1 1 力反饋回路的穩(wěn)定性分析力反饋回路的穩(wěn)定性分析 力反饋兩級伺服閥的性能主要取決于力反饋回路，在忽略壓力反饋回路后，力反饋回路包含力矩馬達和滑閥兩個動態(tài)環(huán)節(jié)。首先要求出力矩馬達小閉環(huán)的傳遞函數(shù)。 為避免伺服閥放大器特性對伺服閥特性的影響，通常采用電流負(fù)反饋伺服閥，以使控制線圈回路的轉(zhuǎn)折頻率a很高，即1/a0，則力矩馬達小閉環(huán)的傳遞函數(shù)為：7.6 力反饋兩級電液伺服閥力反饋兩級電液伺服閥801221( )21mfmfemfmfKGssTs式

62、中，mf銜鐵擋板組件固有頻率由機械阻尼和電磁阻尼產(chǎn)生的阻尼比。mfmfaKJmf()tbmfmfmfmfcpK KKRr一般，滑閥的固有頻率hp很高, hpmf，滑閥的動態(tài)可以忽略，因此，簡化后的力反饋回路方塊圖為：7.6 力反饋兩級電液伺服閥力反饋兩級電液伺服閥81由于hpmf，低頻段轉(zhuǎn)折頻率主要取決于mf ，近似認(rèn)為1/hp0，則有，力反饋回路的閉環(huán)傳遞函數(shù)：2322( )2()qpvmfmffqpmfmfvmfrKA KGsr rb K KsssA K令()fqpvfvmfr rb K KKA K力反饋回路的開環(huán)放大系數(shù)。根據(jù)勞斯穩(wěn)定性判據(jù)，得穩(wěn)定條件為：2vfmfmfK可見，只要保證式

63、中 、 、 三者之間的關(guān)系，即可保證伺服閥工作的穩(wěn)定性。mfmfvfK7.6 力反饋兩級電液伺服閥力反饋兩級電液伺服閥82此外，也可由力反饋回路的開環(huán)傳遞函數(shù)求得。在1/hp0，時，有222( )( )( )21vfmfmfmfKHsG s H ssss式中，vf力反饋回路的開環(huán)放大系數(shù)。2()()()fqpfqpvfvmfvanfr rb K Kr rb K KKA KAKrbK作出開環(huán)對數(shù)幅頻特性，回路穿越頻率c近似等于開環(huán)放大系數(shù)vf，即cvf。根據(jù)開環(huán)頻率特性判斷穩(wěn)定性的方法，二次諧振峰值d點應(yīng)在橫坐標(biāo)軸下，由自動控制原理得諧振峰值：1 2mfcd7.6 力反饋兩級電液伺服閥力反饋兩級

64、電液伺服閥83則得穩(wěn)定條件為1lglglglg12vfmfmfK令2vfmfmfK故2vfmfmfK亦即，力反饋回路的穩(wěn)定條件為mf 處的諧振峰值不能超過零分貝線。在設(shè)計時一般取0.25vfmfK 2 2 壓力反饋回路的穩(wěn)定性分析壓力反饋回路的穩(wěn)定性分析由圖知，作用在擋板上的壓力反饋回路是由滑閥位移和執(zhí)行機構(gòu)負(fù)載變化引起的，反映了伺服閥各級負(fù)載動態(tài)的影響。7.6 力反饋兩級電液伺服閥力反饋兩級電液伺服閥84 這種影響越小越好，為使伺服閥穩(wěn)定工作，不受負(fù)載壓力變化的影響，應(yīng)保證壓力反饋回路滿足穩(wěn)定性要求。 根據(jù)奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)：如果回路開環(huán)頻率特性的模在任何情況下都小于1，則回路是穩(wěn)定的。為此應(yīng)

65、使壓力反饋回路的開環(huán)增益在任何頻率下都遠(yuǎn)小于1，使回路近似于開環(huán)狀態(tài)而不起作用。 首先求出壓力反饋回路前向通道的傳遞函數(shù)的增大增益，為此需求出力反饋回路的閉環(huán)傳遞函數(shù)。H1(s)G1(s)G2(s)H2(s) 由圖，壓力反饋回路前向通道的傳遞函數(shù)為G2(s)，但首先求出小閉環(huán)的傳遞函數(shù)G1(s)，由于力矩馬達控制線圈回路采取了電流負(fù)反饋等措施，其固有頻率a大大提高，1/a0，則有1221( )21mfmfmfmfKGssTs7.6 力反饋兩級電液伺服閥力反饋兩級電液伺服閥85式中， mf力矩馬達銜鐵擋板組件的固有頻率。 力矩馬達銜鐵擋板組件的相對阻尼比。mfmfaKJmf1()2tbatbmf

66、mfmfmfcpcpmfaK KBK KKRrRrKJ由于hpmf，低頻段轉(zhuǎn)折頻率主要取決于mf，近似認(rèn)為1/hp0，則有，23322221()( )2()21qpvmffvmffqpmfemfmfvmfvfmfvfmfvfrKA Krb KXGsr rb K KsssTsssA KKKKmf在 較小和 時，上式可近似寫成2vfmfmfK2221()( )211fvemfvfmfmfrb KXGsTsssK ()fqpvfvmfr rb K KKA K7.6 力反饋兩級電液伺服閥力反饋兩級電液伺服閥86通常 ，一階慣性環(huán)節(jié)在mf處的衰減對mf處的諧振峰值有一定的抵消作用，則G2(s)的最大增益可近似為vfmfK1()frb K由圖知，壓力反饋回路反向通道的傳遞函數(shù)為H1(s)G1(s)G2(s)H2(s)02220.43( )0.4321qtvfppNvshvvhhKmWXsTAArAH sm sWpsXAs7.6 力反饋兩級電液伺服閥力反饋兩級電液伺服閥87222221( )0.4321hfNhhshvvhhssTAH sWp rsXAs02220.43( )0.4321qtvfpp