《電液伺服閥》PPT課件.ppt

《《電液伺服閥》PPT課件.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《《電液伺服閥》PPT課件.ppt（88頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、北京工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院,液壓伺服控制系統(tǒng)部分,主講教師: 王新華,,,機電伺服驅(qū)動技術(shù),第5章 電液伺服閥,內(nèi)容摘要 電液伺服閥的組成和分類 力矩馬達 力反饋兩級電液伺服閥 電液伺服閥的特性及主要性能指標(biāo),,,,,概 述 電液伺服閥既是電液轉(zhuǎn)換元件，又是功率放大元件。 充分利用電子、電氣元件傳遞信號迅速、傳遞能量方便的特點，用它作為反饋測量和放大變換元件，并利用液壓執(zhí)行元件輸出功率大，結(jié)構(gòu)緊湊的特點，用它作為動力元件。 電液伺服閥控制精度高、響應(yīng)速度快，具有良好的靜態(tài)和動態(tài)品質(zhì)。 電液伺服閥是通過連接系統(tǒng)的電氣與液壓部分，將輸入的微小電氣信號轉(zhuǎn)換為大功率的液壓信號(流量與壓力)輸出，實現(xiàn)電液信號

2、的轉(zhuǎn)換與放大，并對液壓執(zhí)行元件進行控制。,第5章 電液伺服閥,5.1 電液伺服閥的組成及分類,,,一、電液伺服閥的組成,組成：力矩馬達（力馬達）、液壓放大器、反饋機構(gòu) 力矩馬達（力馬達）：把輸入電氣控制信號轉(zhuǎn)換為力矩或力控制液壓放大器。液壓放大器控制液壓能源流向液壓執(zhí)行元件的流量或壓力。 力矩馬達（力馬達）的輸出力矩或力很小，在閥流量較大時，無法驅(qū)動功率級閥運動，需要增加液壓前置級，將力矩馬達或力馬達的輸出加以放大，再去控制功率級閥，構(gòu)成二級或三級電液伺服閥。 第一級結(jié)構(gòu)型式：單（雙）噴嘴擋板閥、滑閥、射流管閥和射流元件 功率級：滑閥 反饋機構(gòu)：用于二級或三級電液伺服閥中，將功率級的

3、閥芯位移（或輸出流量、壓力）以位移、力或電信號的形式反饋到第一級或第二級的輸入端，也有反饋到力矩馬達銜鐵組件或力馬達輸入端。,,,平衡機構(gòu)：用于單級伺服閥或二級彈簧對中式伺服閥，通常采用彈性元件，是一個力-位移轉(zhuǎn)換元件。 伺服閥輸出級所采用的反饋機構(gòu)或平衡機構(gòu)是為了伺服閥的輸出流量或輸出壓力獲得與輸入電氣控制信號成比例的特性。從而構(gòu)成一個閉環(huán)系統(tǒng)，提高了伺服閥的控制性能。,5.1 電液伺服閥的組成及分類,一、電液伺服閥的分類,1 按液壓放大器的級數(shù)分：單級、二級、三級電液伺服閥。,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。

4、 兩級伺服閥：應(yīng)用最廣 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。,,,2 按第一級液壓放大器的結(jié)構(gòu)分： 單（雙）噴嘴擋板閥、滑閥、射流管閥和射流元件,5.1 電液伺服閥的組成及分類,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。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。 單噴嘴擋板閥：特性不好，很少用 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，溫度和壓力零漂小，檔板受力小，輸出功率小。間隙小，易堵塞，抗污染能力差，對油液清潔度要求高。 射流管及射流元件：最大優(yōu)點

5、：抗污染能力強，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，提到功率級滑閥的驅(qū)動力，使功率級滑閥的抗污染能力增強。 當(dāng)出現(xiàn)堵塞是，滑閥也能自動處于中位，具有失效對中能力。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。,,,5.1 電液伺服閥的組成及分類,,,3 按反饋形式分：滑閥位置反饋、負載流量反饋、負載壓力反饋,滑閥位置反饋,根據(jù)反饋形式又分為：機械位置反饋機械力反饋（位置力反饋）電氣反饋（位置電反饋）直接反饋（直接位置反饋）位置比例反饋（彈簧對中式反饋）,5.1 電液伺服閥的組成及分類, 機械位置反饋：將功率級滑閥的位移通過機械機構(gòu)反饋到

6、前置級。,第一級為三通閥，有內(nèi)外兩個閥套，閥芯由左右兩個馬達差動作用帶動。環(huán)形腔與供油壓力ps相通，產(chǎn)生推力，使內(nèi)閥套緊貼反饋杠桿，工作窗口2和3有一預(yù)開口，使工作腔4有一定壓力。,,,5.1 電液伺服閥的組成及分類, 電氣反饋（位置電反饋） 是通過位移傳感器將功率級滑閥的位移反饋到伺服閥放大器的輸入端，實現(xiàn)功率級滑閥閥芯位移的定位，通過機械機構(gòu)反饋到前置級。,,,5.1 電液伺服閥的組成及分類, 彈簧對中式伺服閥 是靠功率級滑閥閥芯兩端的對中彈簧與前置級產(chǎn)生的液壓控制力相平衡，實現(xiàn)滑閥閥芯的定位，閥芯位置屬于開環(huán)控制。,負載流量反饋,滑閥位置反饋和流量反饋伺服閥主要控制閥的輸出流量，統(tǒng)稱流量

7、反饋伺服閥。通常的液壓伺服系統(tǒng)控制的是執(zhí)行機構(gòu)的速度或位置，故流量伺服閥用得最多。流量反饋式伺服閥通過兩流量計將負載流量轉(zhuǎn)換成流量計閥芯的位移，此位移又通過兩個反饋彈簧轉(zhuǎn)換成力反饋到銜鐵組件上。,,,5.1 電液伺服閥的組成及分類,負載壓力反饋,控制對象是負載力或負載壓力，如機件作力特性實驗，對實驗對象按一定載荷譜進行伺服加載及剎車減速等，可用壓力伺服控制閥。壓力伺服閥具有負載壓力反饋，包括靜壓反饋和動壓反饋伺服閥。,4 按力矩馬達是否浸泡在油中分：濕式和干式兩種。,濕式可使力矩馬達受到油液冷卻，但易受油液中的污物污染，使力矩馬達的特性變壞。干式不受油液污染，使用較多。,,,力矩馬達的作用是將

8、電信號轉(zhuǎn)換為機械運動，是電氣-機械轉(zhuǎn)換器。 電氣-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，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)生直線位移或角位移的機械運動。,5.2 力矩馬達,一、力矩馬達的分類及要求,1 力矩馬達的分類,根據(jù)可動件結(jié)構(gòu)形式：動鐵式和動圈式,根據(jù)可動件的運動形式分：直線位移式和角位移式 b,d,e,f,g,h,動圈式：運動部件是線圈，基于載流導(dǎo)體在磁場中受力的原理工作。a動鐵式：運動部件是銜鐵，基于磁通通過氣隙時產(chǎn)生電磁力的原理工作。,直線位移式稱力馬達，a,c,

9、g。角位移式稱力矩馬達。b,d,e,f,h,,,按極化磁場產(chǎn)生方式分：非激磁式、固定電流激磁式和永磁式。,非激磁式：沒有專門的激磁線圈，必須用推挽放大器與兩個控制線圈連接成差動電路工作，利用線圈中的常值電流產(chǎn)生極化磁通。g,h激磁式：用恒定電流通過激磁線圈建立極化磁場，可得較大極化磁通。需要有獨立的激磁電源。d永磁式：利用永久磁鐵建立極化磁通，結(jié)構(gòu)緊湊，極化磁通小。a,b,c,e,f,5.2 力矩馬達,,,2 對力矩馬達的要求,作為閥的驅(qū)動裝置，對它提出以下要求； （1）能夠產(chǎn)生足夠的輸出力和行程，體積小、重量輕。 （2）動態(tài)性能好、響應(yīng)速度快。 （3）直線性好、死區(qū)小、靈敏度高和磁滯小。 （

10、4）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。,二、永磁動鐵式力矩馬達,1 力矩馬達的工作原理,結(jié)構(gòu)：永久磁鐵、上導(dǎo)磁體、下導(dǎo)磁體 銜鐵、控制線圈、彈簧管等,5.2 力矩馬達,,,工作原理：銜鐵固定在彈簧管上端，由彈簧管支承在上、下導(dǎo)磁體的中間位置，可繞彈簧管的轉(zhuǎn)動中心作微小的轉(zhuǎn)動。銜鐵兩端與上、下導(dǎo)磁體(磁極)形成四個工作氣隙、、、。兩個控制線圈套在銜鐵之上。上、下導(dǎo)磁體除作為磁極外，還為永久磁鐵產(chǎn)生的極化磁通和控制線圈產(chǎn)生的控制磁通提供磁路。 （1）當(dāng)沒有控制電流（信號電流）輸入時，i1=i2：永久磁鐵在四氣隙中產(chǎn)生大小相等的極化磁通，銜鐵受力平衡，處于中間位置，力矩馬達無

11、力矩輸出。,5.2 力矩馬達,,,（2）當(dāng)控制電流（信號電流）通過線圈時，i1i2：控制線圈在銜鐵上產(chǎn)生控制磁通，大小和方向取決信號電流的方向。若i1i2，極化磁通由上自下通過四氣隙，控制磁通在銜鐵上由左向右通過，氣隙中的控制磁通與極化磁通方向相同，兩磁通相加，而氣隙中的相反，兩磁通相減。因此，中的合成磁通大于，銜鐵左端電磁吸力的合力向上，右端的向下，銜鐵產(chǎn)生順時針方向的電磁力矩。使銜鐵繞彈簧管轉(zhuǎn)動中心產(chǎn)生順時針方向的轉(zhuǎn)動，銜鐵的轉(zhuǎn)動時彈簧管產(chǎn)生變形，形成一個與電磁力矩方向相反的力矩，當(dāng)彈簧管變形力矩與電磁力矩相平衡時，銜鐵停止轉(zhuǎn)動。,5.2 力矩馬達,,,控制電流越大，產(chǎn)生的電磁力矩越大，銜

12、鐵轉(zhuǎn)角越大。電磁力矩的大小與信號電流的大小成比例，銜鐵的轉(zhuǎn)角也與信號電流成比例。如果力矩馬達有負載，則形成負載力矩作用在銜鐵上。負載力矩和彈簧管力矩加在一起與電磁力矩平衡。,（3）當(dāng)控制電流（信號電流）的極性相反，i1

13、米)。,垂直于磁通的截面積(厘米2) 。,導(dǎo)磁系數(shù)(韋/厘米安)，,相對導(dǎo)磁系數(shù)，空氣的 。,空氣的導(dǎo)磁系數(shù)(韋/厘米安)。,假設(shè)力矩馬達的兩個控制線圈由一個推挽放大器供電。常值電壓E0，在每個線圈中產(chǎn)生的常值電流I0，大小相等方向相反。在銜鐵上不產(chǎn)生電磁力矩。 當(dāng)有輸入電壓Ug時，一個控制線圈中的電流增加，另一個減小。即,,,5.2 力矩馬達,控制線圈中的信號電流（控制電流）。,兩線圈中的差動電流：,差動電流i即為輸入力矩馬達的控制電流ic。在銜鐵中產(chǎn)生的控制磁通以及由此產(chǎn)生的電磁力矩比例于差動電流。,每個線圈中的信號電流i是i的一半，常值電流I0通常是i的最大值一半。當(dāng)放大器輸入的信

14、號最大時，力矩馬達的一個線圈中的電流接近于零，另一個達到最大差動電流。,力矩馬達的磁路原理圖，忽略磁性材料和非工作氣隙的磁阻，只考慮四個工作氣隙的磁阻。,當(dāng)銜鐵處于中位時，每個工作氣隙的磁阻,銜鐵處于中位時的氣隙長度。,,,5.2 力矩馬達,當(dāng)銜鐵偏離中位時的氣隙磁阻,氣隙的磁阻：,氣隙的磁阻：,銜鐵端部偏離中位的位移。,因磁路是橋式對稱，通過對角線氣隙的磁通相等，氣隙的磁通相等，氣隙的磁通相等。,根據(jù)磁路的克?？路虻诙桑ɑ鶢柣舴虻诙桑?，對任意一個閉合磁路沿某一巡行方向走一圈，其磁勢的代數(shù)和等于磁壓降的代數(shù)和。,選擇兩個各包含斜對角橋臂且又包含極化磁勢Mp和控制磁勢Mc=Nci的磁回路

15、，列它們的磁勢和磁壓降平衡方程，即,,,5.2 力矩馬達,對包含氣隙的MP和MC的閉合回路：,氣隙的磁壓降：,對包含氣隙的MP和MC的閉合回路：,氣隙的磁壓降：,氣隙的合成磁通：,氣隙的合成磁通：,,,5.2 力矩馬達,式中，MP永久磁鐵產(chǎn)生的極化磁勢；Mc控制電流在控制線圈中產(chǎn)生的控制磁勢； ，Nc控制線圈的匝數(shù)；ic控制電流，ic=i。,利用銜鐵在中位時的g和c表示Mp和Mc，代入1和2，得,銜鐵在中位時的極化磁通g,銜鐵在中位時的控制磁通c,銜鐵在磁場中所受的電磁吸力（由馬克斯威爾公式）,式中，F(xiàn)電磁吸力；氣隙中的磁通；Ag磁極面的面積。,,,5.2 力矩馬達,由控制磁通和

16、極化磁通在銜鐵上產(chǎn)生的電磁力矩,式中，a是銜鐵轉(zhuǎn)動中心到磁極面中心的距離；F1、F4是氣隙處的電磁吸力?？紤]到氣隙處產(chǎn)生同樣的電磁力矩，乘以2倍。,由式,得電磁力矩為,考慮到銜鐵轉(zhuǎn)角很小，則有將1和2代入上式，則有,式中，Kt為力矩馬達的中位電磁力矩系數(shù)，,,,5.2 力矩馬達,式中，Km為力矩馬達的中位電磁彈簧剛度，,由式,可以看出，力矩馬達的輸出力矩具有非線性。,為改善線性和防止銜鐵被永久磁鐵吸附，力矩馬達一般都設(shè)計成,即 和 則Td可簡化為,式中，Kti為銜鐵在中位時，由控制電流i產(chǎn)生的電磁力矩，稱中位電磁力矩。 Km是由于銜鐵偏離中位時，氣隙發(fā)生變化而產(chǎn)生的附

17、加電磁力矩，它使銜鐵進一步偏離中位，此力矩與轉(zhuǎn)角成比例，類似彈簧特性，稱電磁彈簧力矩。,,,5.2 力矩馬達,在進行力矩馬達電路分析時，要用到銜鐵上的磁通a。,對分支點A或B應(yīng)用基爾霍夫第一定律，可得銜鐵磁通：,將1和2代入，則有,由于,故上式簡化為,考慮到,則有,,,5.3 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,1 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 工作原理,無控制電流時，銜鐵處于

18、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。,,,5.3 力反饋兩級電液伺服閥,當(dāng)有差動電流i=ic=i1-i20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。,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，

19、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。,,,5.3 力反饋兩級電液伺服閥,二、力反饋兩級電液伺服閥基本方程及方塊圖,1 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）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

20、，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。,,,5.3 力反饋兩級電液伺服閥,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,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：,,,5.3 力反饋兩級電液伺服閥,Ku放大

21、器每邊的放大系數(shù)（增益）。,力矩馬達的輸入控制電壓：,列出每個線圈回路的電壓平衡方程：,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。,則有,,,5.3 力反饋兩級電液伺服閥,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。,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：,令,每個線圈的反電動勢常數(shù)（伏/弧度/秒）,每個線圈的自感系數(shù)（亨 或 歐秒）,,,5.3 力反饋兩級電液伺服閥,則

22、有,其拉氏變換式:,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。,由于 第三項可寫成,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。,,,5.3 力反饋兩級電液伺服閥,由式,可得,式中，,控制線圈回路的轉(zhuǎn)折頻率。,（2）銜鐵擋板組件的運動

23、方程,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。,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。,,,5.3 力反饋兩級電液伺服閥,在電磁力矩Td作用下，銜鐵擋板組件的運動方程為：,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)生的負載力矩， TL2反饋桿變形對銜鐵擋板組件產(chǎn)生的負載力矩。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。,作用在擋板上的液流力對銜鐵擋板組件產(chǎn)生的負載力矩,式中，AN噴嘴孔的面積，pLP兩噴嘴腔的負載壓差，噴嘴中心至彈簧

24、管回轉(zhuǎn)中心的距離。,,,5.3 力反饋兩級電液伺服閥,反饋桿變形對銜鐵擋板組件產(chǎn)生的負載力矩,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：,得，銜鐵擋板組件的力矩平衡方程為：,,,5.3 力反饋兩級電液伺服閥,經(jīng)拉氏變換，得銜鐵擋板組件的力矩平衡方程為：,即，,式中，mf力矩馬達的總剛度（綜合剛度），,an力矩馬達的凈彈簧剛度，,,,5.3 力反饋兩級電液伺服閥,因此，可得,或,式中，mf力矩馬達的總固有頻率，,mf力矩馬達的機械組尼比，,,,5.3 力反饋兩級電液伺服閥,因此，由式：,得力矩馬達環(huán)節(jié)的方塊圖：,,,5.3 力反饋兩級電液伺服閥,2 擋板位移與銜

25、鐵轉(zhuǎn)角的關(guān)系,因此，上述力矩馬達環(huán)節(jié)的方塊圖變換后為,,,5.3 力反饋兩級電液伺服閥,3 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),認為噴嘴擋板閥的綜合特性是線性的，其線性化方程為,忽略滑閥的內(nèi)外泄漏、摩擦力和失靈區(qū),近似認為滑閥上的液動力是線性變化的，其穩(wěn)態(tài)液動力為,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,式中，Vop滑閥處于中位時，左右腔每一腔的容積。,,,5.3 力反饋兩級電液伺服閥,閥芯上作用的力平衡方程為,為簡化，忽略實際數(shù)值較小的量，即 ， 則有,聯(lián)立上述三式，得,式中，,噴嘴擋板-滑閥環(huán)節(jié)的固有頻率,,,5.3 力反饋兩級電液伺服閥,噴

26、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),由于，f很小，近似為f0，則有,Kqp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。,,,5.3 力反饋兩級電液伺服閥,因此，得到伺服閥的方塊圖。,由于,,,5.3 力反饋兩級電液伺服閥,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 閥控液壓缸

27、的傳遞函數(shù),由式,包含噴嘴擋板閥的負載壓力pLp，其大小與滑閥受力有關(guān)。為簡單，動力元件的負載只考慮慣性負載，則閥芯位移至液壓缸位移的傳遞函數(shù)為,,,5.3 力反饋兩級電液伺服閥,5 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，則噴嘴擋板閥的負載力:,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。因液壓缸的負載是純觀性，穩(wěn)態(tài)時的pL0=0，線性化增量的拉氏變換為：,式中，XV0初始點的閥芯位移，pL0初始點的負載壓力， pL滑閥輸出的負載壓力。當(dāng)執(zhí)行機構(gòu)上只作用慣性負載時，有,,,5.3 力反饋兩級電

28、液伺服閥,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)負載變化而形成的。,,,5.3 力反饋兩級電液伺服閥,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 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

29、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：,,,5.3 力反饋兩級電液伺服閥,式中，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。,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：,,,5.3 力反饋兩級電液伺服閥,由于hpmf，低頻段轉(zhuǎn)折頻率主要取決于mf ，近似認為1/hp0，則有，力反饋回路的閉環(huán)傳遞函數(shù)：,令,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：,可見，只要保證式中 、 、

30、 三者之間的關(guān)系，即可保證伺服閥工作的穩(wěn)定性。,,,5.3 力反饋兩級電液伺服閥,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,式中，vf力反饋回路的開環(huán)放大系數(shù)。,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：,,,5.3 力反饋兩級電液伺服閥,則得穩(wěn)定條件為,令,故,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,2 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)負載變化引起的，反映了伺服

31、閥各級負載動態(tài)的影響。,,,5.3 力反饋兩級電液伺服閥,這種影響越小越好，為使伺服閥穩(wěn)定工作，不受負載壓力變化的影響，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)使壓力反饋回路的開環(huán)增益在任何頻率下都遠小于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)。,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反饋等措施，其固有頻率a大大提高，1/a0，則有,,,5.3

32、 力反饋兩級電液伺服閥,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。,由于hpmf，低頻段轉(zhuǎn)折頻率主要取決于mf，近似認為1/hp0，則有，,在 較小和 時，上式可近似寫成,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,,,5.3 力反饋兩級電液伺服閥,由圖知，壓力反饋回路反向通道的傳遞函數(shù)為,,,5.3 力反饋兩級電液伺服閥,其最大增益為,由于,，故mv可以忽略，又因為,在Ctp=Bp=0（忽略泄漏時），,故上式可寫成,可見，前向通道與反饋通道最大增益的乘積即為整個壓

33、力反饋回路的最大增益。為確保壓力反饋回路的穩(wěn)定性，并使壓力反饋回路的影響可以忽略，應(yīng)滿足以下條件：,對于滑閥:,,,5.3 力反饋兩級電液伺服閥,即,由于 ， ，上述條件一般情況下是容易滿足的。,由于力反饋回路是壓力反饋回路的前向通道，滿足上述條件就說明壓力反饋的影響相對于力反饋是較小的，故壓力反饋回路可以忽略。,四、力反饋伺服閥的傳遞函數(shù),忽略壓力反饋回路和對伺服閥影響較小的噴嘴擋板-滑閥環(huán)節(jié)的固有頻率hp ，并認為控制線圈回路的固有頻率a 很高，一般有a hp mf， 1/a0，力矩馬達控制線圈的動態(tài)和滑閥的動態(tài)可以忽略。作用在擋板上的壓力反饋的影響比力反饋小得多，壓力反饋回

34、路也可以忽略。 小閉環(huán)傳遞函數(shù)G1(s)用下式代入，,,,5.3 力反饋兩級電液伺服閥,則力反饋伺服閥的方塊圖可簡化成如下方塊圖。,對比兩方塊圖，只是增加了放大器和力矩馬達的增益：,因此，由下式,,,5.3 力反饋兩級電液伺服閥,得到力反饋伺服閥的傳遞函數(shù)為,上式在保證 比 較小的情況下，可近似寫成,或,Ka伺服放大器增益， KXV伺服閥增益。,,,5.3 力反饋兩級電液伺服閥,伺服閥通常以電流i作為輸入?yún)⒘?，以空載流量q0=KqXv作輸出參量。此時，伺服閥的傳遞函數(shù)可表示為,式中， Ksv伺服閥的流量增益。,因此，力反饋兩級電液伺服閥的傳遞函數(shù)由以開環(huán)放大系數(shù)Kvf為轉(zhuǎn)折頻率的非

35、周期環(huán)節(jié)與以力矩馬達銜鐵組件的固有頻率mf為頻率的振蕩環(huán)節(jié)串聯(lián)而成的。 通常情況下， mf Kvf，因此， Kvf支配著伺服閥的動態(tài)響應(yīng)，為提高伺服閥的頻帶寬度，應(yīng)在保證其穩(wěn)定條件下 ，盡量加大Kvf。可見，只有設(shè)法增大 、 ，才能允許 有更大的提高。,,,5.3 力反饋兩級電液伺服閥,由,和,得,在設(shè)計時，若能保證純彈簧剛度,則得到盡可能大的 。在此條件下，反饋回路的開環(huán)放大系數(shù)為,為簡便，特別是在整個伺服系統(tǒng)的計算中，常把伺服閥看成為一階環(huán)節(jié)或二階環(huán)節(jié)。當(dāng)實際使用頻率<50Hz時，伺服閥的傳遞函數(shù)可簡化為,式中， sv= Kvf=cf,,,5.3 力反饋兩級電液伺服閥,當(dāng)實

36、際使用頻率50Hz時，伺服閥的傳遞函數(shù)可簡化為,式中， sv和sv為伺服閥的固有頻率和相對阻尼系數(shù)。,在大多數(shù)電液伺服系統(tǒng)中，伺服閥的動態(tài)響應(yīng)往往高于動力元件的動態(tài)響應(yīng)。為簡化系統(tǒng)的動態(tài)特性分析與設(shè)計，伺服閥的傳遞函數(shù)可進一步簡化，一般可用二階振蕩環(huán)節(jié)表示。如果伺服閥二階振蕩環(huán)節(jié)的固有頻率高于動力元件的固有頻率，伺服閥傳遞函數(shù)還可用一階慣性環(huán)節(jié)表示，當(dāng)伺服閥的固有頻率遠遠大于動力元件的固有頻率，伺服閥可看成比例環(huán)節(jié)。,二階近似的傳遞函數(shù)可由下式估計,式中， sv伺服閥的固有頻率，sv伺服閥的阻尼比（相對阻尼系數(shù)）。,,,5.3 力反饋兩級電液伺服閥,sv 和sv 的確定方法：, sv 的確定,

37、在由式,計算，,或由實驗得到的伺服閥的相頻特性計算曲線，取相頻特性上的-900（即相位滯后900）所對應(yīng)的頻率作為sv。, sv的確定,相對阻尼系數(shù)sv（阻尼比）的確定有以下兩種方法：,,,5.3 力反饋兩級電液伺服閥,根據(jù)二階環(huán)節(jié)的相頻特性公式,由相頻特性曲線求得每一相角 所對應(yīng)的sv值，然后取平均值。,由自動控制原理，對各種不同的值，有一條對應(yīng)的相頻特性曲線，如圖所示。將伺服閥的相頻特性曲線與此對照，通過比較，確定sv,一階近似的遞函數(shù)可由下式估計,式中， sv伺服閥的轉(zhuǎn)折頻率， sv= Kvf或取頻率特性曲線上相位滯后450所對應(yīng)的頻率。,,,5.3 力反饋兩級電液伺服閥,五、力反饋伺服

38、閥的頻寬,在力反饋伺服閥的閉環(huán)傳遞函數(shù)中，由于Kvf是最低的轉(zhuǎn)折頻率，故，力反饋伺服閥的頻寬主要由Kvf決定。,根據(jù)頻寬的定義近似估計伺服閥的頻寬。設(shè)輸入伺服閥的差動電流i為正弦信號，閥芯位移也按正弦規(guī)律變化，即,式中， Xv為閥芯運動的峰值位移，為運動的頻率。,由式 ，得閥芯的運動速度為,因為,所以，,式中， Xf為擋板的峰值位移，KqpXf為噴嘴擋板閥的峰值流量。,,,5.3 力反饋兩級電液伺服閥,根據(jù)頻寬的定義,式中， Xv0為頻率較低時閥芯的峰值位移，一般取 Xv0= Xvm/4。,由圖近似求得擋板峰值位移Xf 。當(dāng)伺服閥工作頻率大于穿越頻率c時，由于開環(huán)增益很低，圖中的反

39、饋可以忽略。此時，偏差信號 ，忽略力矩馬達的動態(tài)，則有,因此，伺服閥頻寬的近似表達式為,,,5.3 力反饋兩級電液伺服閥,穩(wěn)態(tài)時，由圖得,因此，有,引入式,對比上兩式，則得,表明，若已知開環(huán)增益Kvf，即可估算出伺服閥的幅頻寬b。,,,5.3 力反饋兩級電液伺服閥,當(dāng)Xf=Xf0時，可得伺服閥的極限頻寬為,式中， qc為噴嘴擋板閥零位時的泄漏量，,由式,可知，,為提高Kvf，應(yīng)減小綜合剛度Kmf。在設(shè)計時，可使銜鐵擋板的凈剛度Kan=0，即,作用在擋板上的液動力剛度一般很小，可以忽略。這樣，彈簧剛度Ka與電磁簧剛度Km近似相等，銜鐵擋板組件剛好處在靜穩(wěn)定的邊緣上。當(dāng)力矩馬達裝入伺服閥后

40、，反饋桿剛度Kf就成為主要的彈簧剛度。當(dāng)Kan=0時，則有,,,5.3 力反饋兩級電液伺服閥,為提高Kvf，除了適當(dāng)提高r/(r+b)的比值外，主要增大噴嘴直徑（即增大Kqp)和減小滑閥直徑，否則將會出現(xiàn)流量飽和現(xiàn)象，限制伺服閥的頻寬，或只能在小振幅下達到所需的頻寬。增大Kqp和減小Av是有限制的。增大Kqp受泄漏流量和力矩馬達功率的限制，減小Av受閥的額定流量和閥芯最大行程的限制。,提高Kvf還受力反饋回路穩(wěn)定性的限制，如 。為提高伺服閥的頻寬，應(yīng)提高力矩馬達的固有頻率mf和阻尼比mf。力反饋伺服閥的力矩馬達動態(tài)被力反饋回路所包圍，由于力矩馬達固有頻率是回路中最低的轉(zhuǎn)折頻率，所以，力矩

41、馬達就成為伺服閥響應(yīng)能力的限制因素，在大流量伺服閥中更為突出。,,,5.3 力反饋兩級電液伺服閥,六、力反饋伺服閥的靜態(tài)特性,1 負載流量特性,負載流量特性：伺服閥輸出流量qL、輸出壓力pL與控制電流ic三者之間的靜態(tài)關(guān)系。,由式,及上圖，可得穩(wěn)態(tài)情況下伺服閥的傳遞函數(shù)：,力矩馬達的靜態(tài)電壓平衡方程：,,,5.3 力反饋兩級電液伺服閥,由上兩式可得：,上式代入滑閥放大器的綜合特性方程，即可求出伺服閥的負載流量特性方程，伺服閥的功率級通常采用零開口四邊滑閥，因此，有,式中，,滑閥位移xv對輸入控制電流ic的增益。,伺服閥的負載流量特性曲線,可見，電液伺服閥與滑閥的壓力流量特性曲線形狀是一樣的，只

42、是輸入?yún)⒘坎煌；y為xv，電液伺服閥為電流i。,,,5.3 力反饋兩級電液伺服閥,2 空載流量特性,一般將伺服閥的空載流量特性稱為伺服閥的流量特性，它是伺服閥的輸出壓力pL=0時，輸出流量qL與控制電流ic之間的靜態(tài)關(guān)系。,根據(jù)前面分析可知，當(dāng)實際使用頻率50Hz時，傳遞函數(shù)可簡化為：,當(dāng)pL=0時，得流量特性方程為：,由于伺服閥存在滯環(huán)及飽和，實際的流量特性曲線如圖所示。,,,5.3 力反饋兩級電液伺服閥,3 壓力特性,伺服閥的壓力特性是指負載通道封閉時， 即qL=0時，輸出壓力pL與控制電流ic之間的靜態(tài)關(guān)系。壓力特性一般與閥的泄漏有關(guān)，通常通過實驗測定，其特性曲線如圖所示。,可見，力反

43、饋伺服閥閉環(huán)控制的是閥芯位移xv ，對由閥芯位移到輸出流量qL來說，是開環(huán)控制，因此，流量控制的精確性需要靠滑閥的加工精度來保證。,,,5.4 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)的要求十分嚴格。,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 負載流量特性（壓力-流量特性）,負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，

44、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，以便與所要求的負載流量和負載壓力相匹配。,,,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。,額定流量qn,在規(guī)定的閥壓降下，對應(yīng)于額定電流的負載流量，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

45、額定流量對應(yīng)閥的最大功率輸出點。,5.4 電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo),,,2 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載壓降為零的條件下，使輸入電流在正、負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。,5.4 電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo),,,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

46、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、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。,5.4 電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo),,, 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

47、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。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。,5.4 電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo),,, 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

48、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、負重疊。,5.4 電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo),,, 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 壓力特性,壓力特性曲線是輸出流量為零（兩個負載油口關(guān)閉）時，負載壓降與輸入電流呈回環(huán)狀的

49、函數(shù)曲線，如圖所示。負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)定為最大負載壓降的40%之間，負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，負載壓降應(yīng)超過30%的額定工作壓力。,空載流量特性,5.4 電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo),,,4 內(nèi)泄漏特性,內(nèi)泄漏流量是負載流量為零時，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

50、泄漏流量對新閥可作為滑閥制造質(zhì)量的指標(biāo)，對舊閥可反映滑閥的磨損情況。,5 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。,5.4 電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo), 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%。,,,5.4 電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo), 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)

51、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，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。,,,5.4 電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo),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

52、響應(yīng)速度的度量。頻寬應(yīng)根據(jù)系統(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載上去。 伺服閥的幅值比一般不允許大于+2dB。,三、輸入特性,1 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。,,,5.4 電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo), 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流和電控功率小

53、，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。,,,5.4 電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo),2 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干摩擦所產(chǎn)生的游隙。同時還可以防止閥的堵塞。但

54、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。,,,5.5 思考題,1、電液伺服閥由哪幾部分組成?各部分的作用是什么？ 2、力矩馬達為何要有極化磁場? 3、永磁動鐵式力矩馬達的電磁力矩是如何產(chǎn)生的？ 4、為什么噴嘴擋板式力反饋兩級伺服閥在穩(wěn)態(tài)時，擋板在中位附近工作？有什么好處？ 5、如何提高力反饋伺服閥的頻寬，提高頻寬受什么限制？ 6、在什么情況下電液伺服閥可看成振蕩環(huán)節(jié)、慣性環(huán)節(jié)、比例環(huán)節(jié)？ 7、為何力反饋伺服閥流量控制的精確性需要靠功率滑閥的精度來保證?,,,5.4 電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo),,,5.4 電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo),,,5.4 電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo),