伺服閥的特性及性能參數(shù)精

1、第三節(jié)伺服閥的特性及性能參數(shù)一.伺服閥規(guī)格的標(biāo)稱電波伺服閥的規(guī)格用額定電流In額定壓力pn和額定流量Qn來(lái)標(biāo)稱。額定電流系產(chǎn)生額定流量所需的任一極性的輸入電流，它與壓力或力矩馬達(dá)兩個(gè)線圈的連接形式（單接、串聯(lián)、并聯(lián)或差動(dòng)連接）有關(guān)。額定壓力系產(chǎn)生額定流量的供油壓力。額定流量有兩種定義方法：1）以額定空載流量Q0作為額定流量，即以額定電流、額定壓力下，負(fù)載壓力為零時(shí)的空載流量來(lái)標(biāo)稱額定流量Qo=CdWXvm.2ps=CdWKxJn.2Ps：式中K=CdWKXi,2Kx-以I為輸入、Xv為輸出的伺服閥增益，m/A。2）以規(guī)定負(fù)載壓下的負(fù)載流量Ql作為額定流量，即以額定電流、額定壓力和規(guī)定閥上壓降P

2、v下的負(fù)載流量來(lái)標(biāo)稱額定流量_2,Ql=CdWXvm.JPs-Pl)=KIn.(Ps-Pl)VP=KIn.Pv式中Pv=Ps-Pl閥上總壓降,Pa。為了得到最低的輸出功率，常取pL=2ps/3。由于高壓伺服閥多為ps=21Mpa,中壓伺服閥為ps=6MPa（或6.3MPa）,于是pv=7或2MPa。所以許多伺服閥常以pv為7或2MPa時(shí)的負(fù)載流量來(lái)標(biāo)稱額定流量。對(duì)于四通閥來(lái)說(shuō)，單個(gè)閥口的壓降A(chǔ)p為閥上壓降的一半，因此也有一些中壓伺服閥以規(guī)定閥口壓降A(chǔ)p=1MPa時(shí)的負(fù)載流量來(lái)標(biāo)稱額定流量?？梢?jiàn)，不能籠統(tǒng)地談?lì)~定流量，一定要明確是哪種定義及條件下的額定流量。選用或代用伺服閥時(shí)尤其要注意這一點(diǎn)。實(shí)

3、例某引進(jìn)設(shè)備的鋼帶自動(dòng)跑偏控制系統(tǒng)，實(shí)際油源壓力4.5MPa,采用閥口引進(jìn)Ap=1MPa時(shí)負(fù)載流量Ql=20L/min的伺服閥?，F(xiàn)要改用額定壓力Ps=6.3MPa的國(guó)產(chǎn)伺服閥，問(wèn)代用閥的額定控制流量應(yīng)多大？注意，系統(tǒng)實(shí)際油源壓力為4.5MPa,因?yàn)樗欧y的實(shí)際使用壓力可以等于，也可以低于其額定壓力。由題意知，原系統(tǒng)閥上總壓降pv=2Ap=2MPa,不管代用什么閥，新閥的負(fù)載流量應(yīng)等于原閥的負(fù)載流量，所以，如果新閥的額定壓力為4.5MPa,則由式（4-15）比式（4-16）得新閥的空載流量應(yīng)為Q0=Ql.-Ps-Pv'=204.52現(xiàn)在所選代用閥額定壓力為6.3MPa,為了降壓到4.5M

4、Pa下使用時(shí)仍具有所需的流量，顯然應(yīng)選用額定空載流量更大一些的代用閥，即應(yīng)取Qo'=Qo.6.34.5=20.4.52.6.34.5=35.5L/min二.伺服閥的靜態(tài)及動(dòng)態(tài)特性（一）伺服閥的靜態(tài)特性伺服閥的功率均為滑閥，而力（矩）馬達(dá)及前置級(jí)為比例控制元件，因此伺服閥的一臺(tái)特性基本上同滑閥的靜態(tài)特性。以零開(kāi)口流量型伺服閥為例，綜述如下：1 .壓力-流量特性伺服閥的壓力-流量特性見(jiàn)圖4-17,曲線的斜率為伺服閥的流量-壓力系數(shù)。壓力-流量特性曲線可供系統(tǒng)設(shè)計(jì)者考慮負(fù)載匹配和用于缺點(diǎn)伺服閥的規(guī)格。一般伺服閥樣本上都給出無(wú)因次壓力-流量特性曲線。2 .空載流量特性額定壓力下，負(fù)載壓力為零時(shí)

5、，輸入電流在正、負(fù)額定電流間連續(xù)變化一個(gè)完整的循環(huán)，所得的輸出流量與輸入電流的關(guān)系曲線稱為空載流量曲線，簡(jiǎn)稱流量曲線，見(jiàn)圖4-18。流量曲線的中心軌跡稱為公稱流量曲線。流量型伺服閥的流量曲線可分為零區(qū)、控制區(qū)和飽和區(qū)。零區(qū)特性反映了功率滑閥的開(kāi)口情況，見(jiàn)圖4-19,因此，可由零區(qū)特性評(píng)價(jià)伺服閥的制造質(zhì)量。在任一規(guī)定工作區(qū)域內(nèi)，流量曲線的斜率為流量增益（m3/s,A）。由公稱流量曲線的零流量點(diǎn)向兩極各作一條與公稱流量曲線偏差為最小的直線，這兩條公稱流量增益線的平均斜率便是公稱流量增益，見(jiàn)圖4-20。流量曲線及其有用，它不僅給出了閥的極性、額定空載流量、公稱流量增益，并揭示了閥的零區(qū)特性，而且從中

6、還可得到閥的滯環(huán)、分辨率、線性度和對(duì)稱度，后四個(gè)性能參數(shù)的含義、表示、指標(biāo)及影響因素，于后集中說(shuō)明。隨著電流的增大，流量曲線將呈飽和狀態(tài)。不再隨電流而變化的流量稱為飽和流量。3 .壓力增益特性額定壓力下，負(fù)載流量為零（工作油口關(guān)閉）時(shí)，輸入電流在正、負(fù)額定電流間連續(xù)變化一個(gè)完整的循環(huán)，所得的負(fù)載壓力與輸入電流的關(guān)系曲線稱為壓力增益曲線，見(jiàn)圖4-21。規(guī)定用±40%額定壓力區(qū)域內(nèi)的負(fù)載壓力對(duì)輸入電流關(guān)系曲線的平均斜率，或用該區(qū)域內(nèi)1%額定電流時(shí)的最大負(fù)載壓力來(lái)確定壓力增益。壓力增益大小與閥的開(kāi)口類型有關(guān)，因此由壓力增益曲線可反映閥的零位開(kāi)口的配合情況。零開(kāi)口的流量型伺服閥的壓力增益很高

7、，輸入1%額定電流時(shí)，負(fù)載壓力可達(dá)供油壓力的30%以上。4 .內(nèi)泄漏特性Qi=f（I）額定壓力下，負(fù)載流量為零時(shí)，從進(jìn)油口到回油口的內(nèi)部泄漏流量隨輸入電流的變化曲線稱為內(nèi)泄漏特性，見(jiàn)圖4-22。圖中Qc1為前置級(jí)的泄漏流量，Qc2為功率滑閥的零位泄漏流量。Qc2的大小反映了功率滑閥的配合情況及磨損程度。因此對(duì)于新閥，可用泄漏曲線評(píng)價(jià)閥的制造質(zhì)量；而對(duì)于舊閥，則可用于判斷閥的磨損程度。Qc2與ps的比值還可用于確定功率滑閥的流量壓力系數(shù)KcOc（二）伺服閥的動(dòng)態(tài)特性伺服閥的動(dòng)態(tài)特性常用頻率特性或階躍響應(yīng)來(lái)表示。1 .頻率特性它是額定壓力下，負(fù)載壓力為零時(shí)，恒幅正弦輸入電流在一定的頻率范圍內(nèi)變化，

8、輸出流量對(duì)輸入電流的復(fù)數(shù)比。頻率特性包括幅頻特性和相頻特性，如圖4-23所示。幅頻特性用幅值比表示，通常用輸出流量幅值A(chǔ)與同一輸入電流幅值下，指定基準(zhǔn)低頻時(shí)的輸出流量幅值A(chǔ)o之比隨輸入電流頻率的變化曲線來(lái)表示。如以分貝來(lái)表示，該比值為201g（A/Ao）。相頻特性是輸出流量與輸入電流的相位差隨輸入電流頻率的變化曲線，以度表示。用伺服閥頻寬橫列伺服閥的頻率響應(yīng)，以幅值比衰減到-3分貝時(shí)的頻率為幅頻寬，用（或fq）表示；以相位滯后90。的頻率為相頻寬，用8gsi（或fmC.）表示。閥的頻率特性隨輸入電流幅值，供油壓力及溫度等條件而變化，因此一般規(guī)定正弦輸入電流的幅值為±100%1n和25

9、%1n兩種?；鶞?zhǔn)低頻視具體伺服閥而定，一般應(yīng)低于頻寬的5%。流量的測(cè)量是通過(guò)速度傳感器檢測(cè)精密測(cè)試液壓缸的速度而得到的，測(cè)試缸的內(nèi)泄漏和摩擦力應(yīng)很小，缸的諧振頻率應(yīng)比閥的頻寬高很多。2 .瞬態(tài)響應(yīng)一般用階躍響應(yīng)來(lái)說(shuō)明閥的瞬態(tài)響應(yīng)。階躍響應(yīng)是額定壓力下，負(fù)載壓力為零時(shí)，輸出流量對(duì)階躍輸入電流的跟蹤過(guò)程，如圖4-24所示。根據(jù)階躍響應(yīng)曲線確定超調(diào)量、過(guò)渡過(guò)程實(shí)際和振蕩次數(shù)等時(shí)域品質(zhì)指標(biāo)。通常過(guò)渡階躍輸入電流的幅值為25%In、50%1n和100%In。三.伺服閥的性能參數(shù)及指標(biāo)額定參數(shù)（額定電流、額定壓力和額定流量）主要用來(lái)表示閥的規(guī)格。閥性能的優(yōu)劣是由其性能參數(shù)來(lái)表示的，性能參數(shù)包括具體性能參數(shù)

10、和動(dòng)態(tài)性能參數(shù)。（一）靜態(tài)性能參數(shù)靜態(tài)性能參數(shù)包括滯環(huán)、分辨率、線性度、對(duì)稱度、零偏和零漂，它們的含義、表示、指標(biāo)及影響因素說(shuō)明如下：1 ,滯環(huán)在正負(fù)額定電流之間，以動(dòng)態(tài)不起作用的速度循環(huán)時(shí)，產(chǎn)生系統(tǒng)的輸出流量的兩電流之最大差值與額定電流的百分比稱為滯環(huán)，見(jiàn)圖4-18,一般規(guī)定滯環(huán)<3%,即滯環(huán)=Ih/In<3%伺服閥的滯環(huán)是由于力（矩）馬達(dá)的磁滯和閥的油隙造成的。閥的油隙是由于摩擦力及機(jī)械固定部分的間隙造成的。磁滯回環(huán)值隨電流的大小而變化，電流小時(shí)磁滯恒幅值減小，因此磁滯一般不會(huì)引起系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題，油隙引起的回環(huán)值為定值，油液臟時(shí)油隙顯著增加，可能引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。2 ,分辨率

11、分辨率有零位正向、零位反向和零外正向、零外反向分辨率之分。零位分辨率是在工作油口關(guān)閉下作出的，在額定供油壓力下，輸入一微小電流使A、B口的壓力相等；若繼續(xù)以相同方向緩慢增加微小電流，使兩平衡的工作壓力發(fā)生變化所需的電流增量&i與額定電流的百分比稱為零位正向分辨率；若以反方向緩慢加入電流，使壓力發(fā)生變化所需的電流增量值2與額定電流的百分比稱為零位反向分辨率。零外分辨率是在工作油口開(kāi)啟下作出的，在I=10%1n的固定信號(hào)值下，使閥的輸出流量繼續(xù)變化所需的電流增量也3與1n的百分比稱為零外正向分辨率；而使閥的輸出流量反向所需的電流增量日4與In的百分比稱為零外反向分辨率。圖4-25為分辨率的

12、示意圖，其中a為零位正向、反向分辨率示意圖，b為零外正向、反向分辨率示意圖。顯然，理應(yīng)取Aii、陽(yáng)、N3、&4中最大者&m來(lái)評(píng)價(jià)閥的分辨率。一般要求分辨率高于1%,即分辨率=；：im/In<1%影響閥的分辨率的主要因素上閥的靜摩擦力和油隙。油臟時(shí)恒幅中摩擦力增大，分辨率將降低。3,線性度公稱流量曲線與公稱流量增益線的最大偏離值與額定電流的百分比稱為線性度，見(jiàn)圖4-20。一般要求線性度高于7.5%。如果圖4-20中A>#2,則線性度=J1/In<7.5%4 .對(duì)稱度兩極性公稱流量增益之差與兩極性公稱流量增益較大者的百分比稱為對(duì)稱度，見(jiàn)圖4-20。一般要求對(duì)稱度高

13、于10%。如果正極性的流量增益Kq1大于負(fù)極性的增益Kq2,貝U對(duì)稱度=Kq1Kq2<10%Kql5 .零偏雖然在固定時(shí)域條件下已調(diào)好了伺服閥的零點(diǎn)，但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，零點(diǎn)要發(fā)生變化，這是由于閥的結(jié)構(gòu)尺寸、組件應(yīng)力、電磁性能、流力特性等可能發(fā)生外形變化，從而使輸入電流為零時(shí)輸出流量不為零。為使輸出流量為零，必須預(yù)置某一輸入電流即零偏電流。所以，把使閥回歸零位所需的輸入電流值，減去零位反向分辨率電流值的差值與額定電流的百分比稱為零偏。為了消除滯環(huán)及零位反向分辨率的影響，零偏的測(cè)試過(guò)程如圖4-26所示。一般要求零偏小于3%,即零偏=l0.In=(io1io2)2In：二3%6 .零漂伺服閥是按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)在規(guī)定試驗(yàn)條件下調(diào)試的，當(dāng)工作條件(供油壓力、回油壓力、工作油溫、零值電流等)發(fā)生變化時(shí)，閥的零位發(fā)生偏移。壓力、溫度等工作條件變化引起的零偏電流變化量與額定電流的百分比稱為零漂。因此零漂又分為壓力零漂和溫度零漂；壓力零漂又分進(jìn)油壓力零漂和回油壓