《電液伺服閥》PPT課件

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1、1 27.1 電 液 伺 服 閥 的 發(fā) 展 歷 史 和 作 用7.2 電 液 伺 服 閥 的 組 成 和 工 作 原 理7.3 電 液 伺 服 閥 的 分 類7.4 電 液 伺 服 閥 的 特 性 及 主 要 的 性 能 指 標7.5 電 液 伺 服 閥 的 研 究 現(xiàn) 狀 和 發(fā) 展 趨 勢7.6 力 反 饋 兩 級 電 液 伺 服 閥 3 目 的 任 務 : 1、 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 3、 了 解 電 液 伺 服 閥 的 分 類 重 點 難 點 : 電 液 伺 服 閥 的 組 成 及 工 作 原

2、 理 4 5p 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 ， 連 續(xù) 的 、 成 比 例 的 控 制 流 量 、壓 力 的 液 壓 控 制 閥 。p 根 據(jù) 輸 入 信 號 的 方 式 不 同 ， 又 分 為 電 液 伺 服 閥 和 機液 伺 服 閥 兩 大 類 。 67.1 電 液 伺 服 閥 的 發(fā) 展 歷 史 和 作 用1、 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 Askania -Werke根 據(jù) 射 流原 理 發(fā) 明 了 射 流 管 閥

3、并 申 請 了 專 利 。福 克 斯 波 羅 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 域 。 77.1 電 液 伺 服 閥 的 發(fā) 展 歷 史 和 作 用1、 電 液 伺 服 閥 的 發(fā) 展 歷 史 20世 紀 40年 代英 國 的 廷 斯 利 發(fā) 明 了 兩 級 液 壓 閥 ; 麻 省 理 工 學 院 采 用 線 性 度 更 好 、 更 節(jié) 能 的 力 矩 馬

4、 達 代 替 螺 線 管 作 為 滑 閥 的 驅(qū)動 裝 置 。 20世 紀 50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 ?？?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 服閥 。20世 紀 60年 代電 液 伺 服 閥 設 計 更 多 地 顯 示 出 了 現(xiàn) 代 伺 服 閥 的 特 點 。 如 :兩 級 間 形 成 了 閉 環(huán) 反饋 控 制 ;力 矩 馬 達 更 輕 移 動 距 離 更 小 ;前 置

5、 級 對 功 率 級 的 壓 差 通 常 可 達 到 50%以 上 ;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 溫度 、 壓 力 變 化 對 零 位 的 影 響 。 87.1 電 液 伺 服 閥 的 發(fā) 展 歷 史 和 作 用1、 電 液 伺 服 閥 的 發(fā) 展 歷 史 20世 紀 70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 閥 標 準接 口 。Bosch研 制 出 了 其 標 志 性 的 射 流 管 先 導 級 及 電 反

6、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 。Vickers公 司 研 制 了 壓 力 補 償 的 KG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 動的 比 例 閥 等 等 。 97.1 電 液 伺 服 閥 的 發(fā) 展 歷 史 和 作 用 107.1 電 液 伺 服 閥 的 發(fā) 展 歷 史 和 作 用冶金行業(yè) 117.1 電 液 伺 服 閥 的 發(fā) 展 歷 史 和 作 用模具行業(yè) 127.1 電 液 伺 服 閥 的 發(fā)

7、展 歷 史 和 作 用試驗機 137.1 電 液 伺 服 閥 的 發(fā) 展 歷 史 和 作 用航空行業(yè) 147.1 電 液 伺 服 閥 的 發(fā) 展 歷 史 和 作 用試 驗 臺 157.1 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) 、高 功 率 密 度 的 稀 土 永 磁 材 料 和 電 力 電 子 技 術(shù) 的發(fā) 展 ,出 現(xiàn) 了 一 種 新 型 的 電 液 控 制 系 統(tǒng) ,它 包 括電 動 機 、 液 壓 泵 、 油 箱 、 液 壓 閥 組 、 執(zhí) 行 器 、傳 感 器 等 元 件 。 直 驅(qū) 式 電 液 控

8、制 系 統(tǒng) 。 16v 美 國 ： 功 率 電 傳 (Power-By-Wire， 簡 稱 PBW)的機 載 作 動 系 統(tǒng) 計 劃 ；v 1996 1998年 ： F-18、 C130 、 C141等 飛 機 上 對 電 動靜 液 作 動 器 （ EHA） 進 行 了 大 量 的 試 驗 ；v 此 外 ， MOOG公 司 、 USAFR(美 國 空 軍 研 究 所 )、Boeing、 Parker公 司 也 開 展 了 類 似 的 研 究 工 作 。 7.1 電 液 伺 服 閥 的 發(fā) 展 歷 史 和 作 用 17NASA Photo F-35AA3807.1 電 液 伺 服 閥 的 發(fā) 展

9、 歷 史 和 作 用 2、 電 液 伺 服 閥 的 作 用 及 特 點 電 液 伺 服 閥 是 將 輸 入 的 微 小 模 擬 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 的 轉(zhuǎn) 換 與 放 大 。電 液 伺 服 閥 具 有 動 態(tài) 響 應 快 、 控 制 精 度 高 、 使 用 壽 命 長 等 優(yōu)點 ， 已 廣 泛 應 用 于 航 空 、 航 天 、 艦 船 、 冶 金 、 化 工 等 領 域 的 電液 伺 服 控 制 系 統(tǒng) 中 。7.1 電 液 伺 服 閥 的 發(fā) 展 歷 史 和 作 用 191、 電 液 伺 服

10、閥 的 結(jié) 構(gòu)7.2 電 液 伺 服 閥 的 組 成 和 工 作 原 理 201、 電 液 伺 服 閥 的 結(jié) 構(gòu)7.2 電 液 伺 服 閥 的 組 成 和 工 作 原 理閥 體為 了 使 閥 芯 凸 肩 與 油 口精 確 匹 配 ， 在 閥 體 內(nèi) 應安 裝 閥 套 。 211、 電 液 伺 服 閥 的 結(jié) 構(gòu)7.2 電 液 伺 服 閥 的 組 成 和 工 作 原 理在 主 閥 體 內(nèi) ， 還 應 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 級 的 控 制油 液 。 221、 電 液 伺 服 閥 的 結(jié) 構(gòu)7.

11、2 電 液 伺 服 閥 的 組 成 和 工 作 原 理先 導 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)7.2 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)7.2 電 液 伺 服 閥 的 組 成 和 工 作 原 理 25當 伺 服 閥 失電 時 ， 擋 板位 于 兩 個 噴嘴 中 間 ， 所以 主 閥 兩 個控

12、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7.2 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7.2 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 離另 一 個 噴 嘴 。2、 電 液 伺 服

13、閥 的 工 作 原 理7.2 電 液 伺 服 閥 的 組 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7.2 電 液 伺 服 閥 的 組 成 和 工 作 原 理 29隨 著 主 閥 芯 移動 ， 當 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7.2 電 液 伺 服 閥 的 組 成 和 工 作 原 理 3、 電 液 伺 服 閥 的 組 成（ 1） 電 力 轉(zhuǎn) 換 部 分 ： 通

14、 常 為 力 馬 達 或 力 矩 馬 達 ；（ 2） 力 位 移 轉(zhuǎn) 換 部 分 ： 通 常 為 扭 簧 、 彈 簧 管 或 彈 簧 ；（ 3） 液 壓 放 大 器 ： 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 。7.2 電 液 伺 服 閥 的 組 成 和 工 作 原 理 3、 電 液 伺 服 閥 的 組 成7.2 電 液 伺 服 閥 的 組 成 和 工 作 原 理 4、 力 矩 馬 達7.2 電 液 伺 服 閥 的 組 成 和 工 作 原 理l力 矩 馬 達 的 作 用

15、 是 將 電 信 號 轉(zhuǎn) 換 為 機 械 運 動 ， 是 電 氣 -機 械 轉(zhuǎn)換 器 。l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 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 。 4、 力 矩 馬 達7.2 電 液 伺 服 閥 的 組 成 和 工 作

16、 原 理一 、 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 ） 。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 ） 。n 按 極 化 磁 場 ： 非 激 磁 式 、 固 定 電 流 激 磁 和 永 磁 式 三 種 。二 、 力 矩 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 。p 動 態(tài) 性 能 好 、 響 應 速 度 快 。p 直 線 性 好 、 死 區(qū) 小 、 靈 敏 度 高

17、 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 。 4、 力 矩 馬 達7.2 電 液 伺 服 閥 的 組 成 和 工 作 原 理 組 成 ： 永 久 磁 鐵 、 上 導 磁 體 、 下導 磁 體 、 銜 鐵 、 控 制 線 圈 、 彈 簧 管等 組 成 。 原 理 ： 銜 鐵 固 定 在 彈 簧 管 上 端 ，由 彈 簧 管 支 承 在 上 、 下 導 磁 體 的 中間 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 與上 、 下 導 磁 體

18、(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 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 。 4、 力 矩 馬 達7.2 電 液 伺 服 閥 的 組 成 和 工 作 原 理 原 理 ： 左 右 永 久 磁 鐵 使 上 下 導 磁 體 的 氣 隙中 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 磁 體 之 間 的 四 個 工 作氣 隙 距 離 相 等 ， 銜 鐵

19、受 到 的 電 磁 力 相 互 抵消 而 使 銜 鐵 處 于 中 間 平 衡 狀 態(tài) 。 當 輸 入 電 流 時 ， 產(chǎn) 生 相 應 的 控 制 磁 場 ，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 小和 方 向 相 對 應 的 轉(zhuǎn) 矩 ， 并 且 使 銜 鐵 轉(zhuǎn) 動 ，直 到 力 矩 與 負 載 力 矩 和 彈 簧 反 力 矩 等 相 平衡 。 但 轉(zhuǎn) 角 是 很 小 的 ， 可 以 看 成 是 微 小 的 直線 位 移 （ 通 常 小 于 0.2mm） 。 1） 按 液 壓 放 大 級 數(shù) ， 可

20、 分 為 單 級 伺 服 閥 、 兩 級 伺 服 閥 和三 級 伺 服 閥 ， 其 中 兩 級 伺 服 閥 應 用 較 廣 。l 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 。l 兩 級 伺 服 閥 ： 應 用 最 廣 。l 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

21、 位 ， 適 用 大 流 量 場 合 。7.3 電 液 伺 服 閥 的 分 類 2） 按 第 一 級 液 壓 放 大 器 的 結(jié) 構(gòu) 分 ：l 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 雜 ， 閥 芯 受 力 大 ， 分 辨 率 低 ， 滯 環(huán) 大 ， 響 應 慢 。l 單 噴 嘴 擋 板 閥 ： 特 性 不 好 ， 很 少 用l 雙 噴 嘴 擋 板 閥 ： 動 態(tài) 響 應 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 ，

22、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 。l 射 流 管 及 射 流 元 件 ： 最 大 優(yōu) 點 ： 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 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 測 ， 慣 性 大 ， 動 態(tài) 響 應 慢 ， 受油 溫 變 化 影 響 大 ， 低 溫 特

23、 性 差 。7.3 電 液 伺 服 閥 的 分 類 7.3 電 液 伺 服 閥 的 分 類可 分 為 滑 閥 三 種 。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 力短 馬 達 持 性 變 壞 ；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 用干 式 的 。 7.3 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 ， 性能 穩(wěn) 定 ， 抗 干 擾 能 力 強 ， 零 漂 小 。n雙 噴 擋

24、 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 ，抗 污 染 性 好 。 射 流 管 閥 具 有 “ 失 效 對 中 能 力 ” 。 射 流 管 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 電液伺服閥是非常精密而又復雜的伺服元件，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

25、、壓力特性、內(nèi)泄漏特性等曲線和性能指標進行評定。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，以便與所要求的負載流量和負載壓力相匹配。 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圈連接、并聯(lián)連接或差動連接。當串

26、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)定的額定流量對應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 422 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

27、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 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、名義流量增益，且從中還可得到閥的線性

28、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 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。磁滯回環(huán)的寬度隨輸入信號的大小而變化，

29、當輸入的信號減小時，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 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，因此零位特性特別重要。零位區(qū)域是輸出級的

30、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。7.4 電 液 伺 服 閥 的 特 性 及 主 要 的 性 能 指 標 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 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

31、電流曲線的平均斜率。壓力增益指標為輸入1%的額定電流時，負載壓降應超過30%的額定工作壓力。空 載 流 量 特 性7.4 電 液 伺 服 閥 的 特 性 及 主 要 的 性 能 指 標 474 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，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

32、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 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 性電液伺服閥的動態(tài)特性可用頻率響應或瞬態(tài)響應表示，一般用頻率相應表示。電液伺服閥的頻率響應是輸入電流在某一頻率

33、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 49 伺服閥的頻率響應隨供油壓力、輸入電流幅值、油溫和其他工作條件而變化。通常在標準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（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（即輸出流量為基準頻率時的輸出流量的70.7%）時所對應的頻率作為幅頻寬，以相位滯后900時所對應的頻率作為相頻寬。 頻寬是伺服閥響應速度的度量。頻寬應根據(jù)系統(tǒng)實際需要確定，頻寬過低會限制系統(tǒng)的響應速度，過高會使高頻干

34、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。7.4 電 液 伺 服 閥 的 特 性 及 主 要 的 性 能 指 標 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

35、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 512 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。但顫振不能減小力矩馬達磁路所產(chǎn)

36、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。顫振頻率應大大超過預計的信號頻率，而不應與伺服閥或執(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。顫振幅值應足夠大以使峰間值剛好填滿游隙寬度，這相當于主閥芯運動約為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。7.4 電 液 伺 服 閥 的 特 性 及 主 要 的 性 能 指 標 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 俄 羅 斯 研 制 的 射 流 管 式 伺 服 閥 閥 芯 兩 端 設

37、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 切換 備 用 伺 服 閥 。p 美 國 的 Moog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) 。p 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 ， 發(fā) 生 故 障 可 隨 時 切 換 ， 保 證 系 統(tǒng) 的 正 常

38、工 作 。7.5 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 的配 磨 系 統(tǒng) 。p 在 力 矩 馬 達 的 焊 接 方 面 ， 中 船 重 工 第 704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 效果 。p 提 出 智 能 化 的 伺 服 閥 力

39、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 重復 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 造成 檔 板 和 噴 嘴 的 損 傷 、 動 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 ，

40、 防 止 小 球 和 閥 芯小 槽 之 間 的 磨 損 ， 使 閥 失 控 ， 并 產(chǎn) 生 尖 叫 。p 航 空 六 O九 所 、 中 船 重 工 第 七 O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 。p 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 。 7.5 電 液 伺 服 閥 的 研 究 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、

41、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 。p 如 采 用 測 頻 /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 備 及 方 法 進 行了 研 制 和 改 進 。 7.5 電 液 伺 服 閥 的 研 究 現(xiàn) 狀 和 發(fā) 展 趨 勢 56發(fā)展趨勢：當 前 ， 新 型 電 液 伺 服 閥 技 術(shù)

42、 的 發(fā) 展 趨 勢 主 要 體現(xiàn) 在 新 型 結(jié) 構(gòu) 的 設 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) 的 結(jié) 合 等 幾 方 面 。 1）新型結(jié)構(gòu)的設計p 直 動 型 電 液 伺 服 閥p “ 音 圈 驅(qū) 動 (Voice Coil Drive)”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)p 光 -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 572）新型材料的采用：當 前 在 電 液 伺 服 閥 研 制 領 域 的 新 型 材 料 運用

43、 ， 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 的轉(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 D/A轉(zhuǎn) 換 裝 置 來 實 現(xiàn)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 進信 號 來 控 制 伺 服 閥 的 流 量 輸 出 。7.5 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 一 、 力 反 饋

44、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。滑閥位移通過反饋桿轉(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l 無控制電流時，銜鐵處于上下導磁體中間位置，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

45、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。7.6 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 1 力 矩

46、 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，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。7.6 力 反 饋 兩 級 電 液 伺 服 閥 61當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。

47、故兩線圈中的電流為1 0i I i 1 0i I i 1 2 2 ci i i i i 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 621 2 u gu u K u Ku放大器每邊的放大系數(shù)（增益）。力矩馬達的輸入控制電壓：1 2 2c u g u g u g

48、u u u K u K u K u 列出每個線圈回路的電壓平衡方程：1 1 2( ) ab b c p b c dE u i z R r i z N dt 2 2 1( ) ab b c p b c dE u i z R r i z N dt 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。1 2 2 ci i i i i 2 ( ) 2 au g c p c dK u R r i N dt 則有7.6 力 反 饋 兩 級 電 液 伺 服 閥 632 ( ) 2 au g c p c dK u R r i N dt 力矩馬達電路的

49、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。2 ca g g gNa il R 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 ( ) 4 2 cu g c p c g g gNa d d iK u R r i N l dt R dt 2b c ggaK Nl 令每個線圈的反電動勢常數(shù)（伏/弧度/秒）2cc gNL R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 642 ( ) 2 2u g c p b cd d iK u R r i K L

50、dt dt 則有其拉氏變換式: 2 ( ) 2 2u g c p b cK U R r I K s L 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電動勢，包括線圈自感和兩線圈互感產(chǎn)生的電動勢。2 2 4cc c cdid i diL L Ldt dt dt 由于 第三項可寫成2 ci i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

51、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 652 ( ) 2 2u g c p b cK U R r I K s L s I 由式可得2 2( )(1 ) ( )(1 )u g bc p c pa aK U K sI s sR r R r 式中，( )2c pa cR rL 控制線圈回路的轉(zhuǎn)折頻率。（ 2） 銜 鐵 擋 板 組 件 的 運 動 方 程d t mT K i K 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。tK i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

52、力矩。mK 7.6 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：2 1 22d a a a L Ld dT J B K T Tdt dt 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。l 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2 21 0(8 )dfL Lp N s fT rp A r C p x 式中，AN噴嘴孔的面積，pLP兩噴嘴腔的負載壓差，噴嘴中心至彈簧管回轉(zhuǎn)

53、中心的距離。7.6 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)生的負載力矩2 ( ) ( ) L f vT r b K r b x 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：d t mT K i K 2 1 22d a a a L Ld dT J B K T Tdt dt 2 21 0(8 )dfL Lp N s fT rp A r C p x 2 ( ) ( ) L f vT r b K r b x 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 6822d t m a a ad dT K i

54、K J B Kdt dt 2 2 0(8 )dfLp N s frp A r C p x ( ) ( ) f vr b K r b x 經(jīng)拉氏變換，得銜鐵擋板組件的力矩平衡方程為：2 2 2 0(8 )dft m a a a N Lp s fK I K J S B S K rA p r C p x ( ) ( ) f Vr b K r b x 即，2( ) ( )t a a mf f V Lp NK I J s B s K r b K X rp A 式中，mf力矩馬達的總剛度（綜合剛度），2( )mf an fK K r b K an力矩馬達的凈彈簧剛度，2 208 dfan a m s fK

55、 K K C p x r 7.6 力 反 饋 兩 級 電 液 伺 服 閥 692( ) ( )t a a mf f V Lp NK I J s Bs K r b K X rp A 因此，可得2 1 ( ) ( ) t Lp N f Va a mf K I rp A r b K XJ s B s K 或22 1 ( ) 2 1mf t f V Lp Nmfmf mfK K I K r b X rp As s 式中， mf力矩馬達的總固有頻率，mfmf aKJ mf力矩馬達的機械組尼比，2 amf a mfBJ K 7.6 力 反 饋 兩 級 電 液 伺 服 閥 70因此，由式：2 2( )(1

56、) ( )(1 )u g bc p c pa aK U K sI s sR r R r 22 1 ( ) 2 1mf t f V Lp Nmfmf mfK K I K r b X rp As s 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 71 2 擋 板 位 移 與 銜 鐵 轉(zhuǎn) 角 的 關(guān) 系 fX r因此，上述力矩馬達環(huán)節(jié)的方塊圖變換后為22 1 ( ) 2 1mf t f V Lp Nmfmf mfK K I K r b X rp As s 2 2( )(1 ) ( )(1 )u g bc p c pa aK U K sI s sR r R r 7.6 力 反

57、 饋 兩 級 電 液 伺 服 閥 72 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l 認為噴嘴擋板閥的綜合特性是線性的，其線性化方程為p qp f cp LpQ K X K P l 忽略滑閥的內(nèi)外泄漏、摩擦力和失靈區(qū)l 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0.43 ( )yu s L v v vR W p p X K X 根據(jù)上述假設，考慮液體可壓縮性時，滑閥運動所需的流量為2opp v v LpeVQ A sX sP 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 73閥芯上作用的力平衡方程為2

58、( ) v Lp v v v v f v v vA p m s X B sX K r b X K X 為簡化，忽略實際數(shù)值較小的量，即 ， 則有0vB ( ) 0r b 21 ( ) Lp v v f v vvp m s X K K XA p qp f cp LpQ K X K P 2opp v v LpeVQ A sX sP 聯(lián)立上述三式，得3 22 2 1 2hp f qpf v fhp hp hp hp vKs s s X XA 式中，f vf cp vK KK A 22 e vhp op vAV m 噴嘴擋板-滑閥環(huán)節(jié)的固有頻率7.6 力 反 饋 兩 級 電 液 伺 服 閥 742cp

59、 v ehp v opK mA V 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)3 22 21 1 2qpv vf hp f fhp hp hp hpKX AX s s s 3 22 2 1 2hp f qpf v fhp hp hp hp vKs s s X XA 由于， f很小，近似為 f 0，則有22 21 1qpv vf hphp hpKX AX s s s 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。7.6 力 反 饋 兩 級 電 液 伺

60、服 閥 75因此，得到伺服閥的方塊圖。22 21 1qpv vf hphp hpKX AX s s s 由于7.6 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 的 傳 遞 函 數(shù)22 1 ( ) 2 1mf t f V Lp Nmfmf mfK K I K r b X rp As s 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

61、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22 22 2 2 114p q p q pv ht t t ce h he p pX K A K AX sVm m K s ss s sA A 7.6 力 反 饋 兩 級 電 液 伺 服 閥 77 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:2 21 0.43 ( )vLp v s L vv d Xp m W p p XA dt 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

62、，穩(wěn)態(tài)時的pL0=0，線性化增量的拉氏變換為： 2 01 0.43 0.43Lp v v s v v LvP m s X Wp X WX PA 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。當執(zhí)行機構(gòu)上只作用慣性負載時，有21L t ppP m s XA7.6 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?？梢姡欧y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。22 2 1p q pv hh hX K AX ss s 21L t

63、ppP ms XA 2 01 0.43 0.43Lp v v s v v LvP m s X Wp X WX PA 7.6 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 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，需要在設計時確定一個準則，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閉環(huán)的傳遞函數(shù)。 為避

64、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/ a 0，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 801 22 1( ) 2 1mfmfe mf mfKG s sT s 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。mfmf aKJ mf ( )t bmf mf mfmf c pK KK R r 一般，滑閥的固有頻率 hp很高, hp mf，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 81由于 hp mf，低頻段轉(zhuǎn)折頻率主

65、要取決于 mf ，近似認為1/ hp 0，則有，力反饋回路的閉環(huán)傳遞函數(shù)：2 3 22( ) 2 ( )qpv mfmf f qpmf mf v mfrKA KG s r r b K Ks s s A K 令( ) f qpvf v mfr r b K KK A 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：2vf mfmfK 可見，只要保證式中 、 、 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 82此外，也可由力反饋回路的開環(huán)傳遞函數(shù)求得。在1/ hp 0，時，有2 22( ) ( ) ( ) 2 1vf mfm

66、f mfKH s G s H s ss s 式中，vf力反饋回路的開環(huán)放大系數(shù)。2( ) ( )( )f qp f qpvf v mf v an fr r b K K r r b K KK A K A K r b K 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點應在橫坐標軸下，由自動控制原理得諧振峰值：1 2 mfcd 7.6 力 反 饋 兩 級 電 液 伺 服 閥 83則得穩(wěn)定條件為1lg lg lg lg12vf mf mfK 令2vf mfmfK 故2vf mf mfK 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。在設計時一般取0.25vfmfK 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，反映了伺服閥各級負載動態(tài)的影響。7.6 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，不受負載壓力變化的影響，應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