電液伺服控制技術(shù)

一．電液伺服閥概論1.1電液伺服閥基本知識電液伺服閥既是電液轉(zhuǎn)換元件，又是功率放大元件，它能夠把微小的電氣信號轉(zhuǎn)換成大功率的液壓能（流量和壓力）輸出。從而實現(xiàn)了一些重型機械設(shè)備的伺服控制[1]。液壓伺服系統(tǒng)是使系統(tǒng)的輸出量，如位移、速度或力等，能自動地、快速而準(zhǔn)確地跟隨輸入量的變化而變化，與此同時，輸出功率被大幅度地放大。伺服閥輸入信號是由電氣元件來完成的。電氣元件在傳輸、運算和參量的轉(zhuǎn)換等方面既快速又簡便，而且可以把各種物理量轉(zhuǎn)換成為電量。所以在自動控制系統(tǒng)中廣泛使用電氣裝置作為電信號的比較、放大、反饋檢測等元件；而液壓元件具有體積小，結(jié)構(gòu)緊湊、功率放大倍率高，線性度好，死區(qū)小，靈敏度高，動態(tài)性能好，響應(yīng)速度快等優(yōu)點，可作為電液轉(zhuǎn)換功率放大的元件。因此，在一控制系統(tǒng)中常以電氣為“神經(jīng)”，以機械為“骨架”，以液壓控制為“肌肉”最大限度地發(fā)揮機電、液的長處。電液伺服閥的種類很多，根據(jù)它的結(jié)構(gòu)和機能可作如下分類：1）按液壓放大級數(shù)，可分為單級伺服閥、兩級伺服閥和三級伺服閥，其中兩級伺服閥應(yīng)用較廣。2）按液壓前置級的結(jié)構(gòu)形式，可分為單噴嘴擋板式、雙噴嘴擋板式、滑閥式、射流管式和偏轉(zhuǎn)板射流式。3）按反饋形式可分為位置反饋、流量反饋和壓力反饋。4）按電-機械轉(zhuǎn)換裝置可分為動鐵式和動圈式。5）按輸出量形式可分為流量伺服閥和壓力控制伺服閥。6）按輸入信號形式可分為連續(xù)控制式和脈寬調(diào)制式[2]。電液伺服閥本身是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，一般由下列部分組成：（1）電－機轉(zhuǎn)換部分；（2）機－液轉(zhuǎn)換和功率放大部分；（3）反饋部分；（4）電控器部分。大部分伺服閥僅由前三部分組成，只有電反饋伺服閥才含有電控器部分。隨著科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，自動控制技術(shù)已經(jīng)滲透到各個領(lǐng)域，并得到了更加廣泛的應(yīng)用。由于電－液伺服閥能將微弱的電控信號按比例轉(zhuǎn)換成極大的液壓功率[3]，從而使電子技術(shù)同液壓技術(shù)有機的結(jié)合起來。且伺服閥具有控制精度高、響應(yīng)快、體積小、重量輕，能適應(yīng)脈沖調(diào)制和模擬量調(diào)制等優(yōu)點，所以在各種電液伺服控制系統(tǒng)中得到了極廣泛的應(yīng)用，同時還因伺服閥在控制系統(tǒng)中起著有如“心臟”的作用，因而受到特別重視。電液伺服閥是五十年代初為適應(yīng)導(dǎo)彈和空間技術(shù)的需要而發(fā)展起來的，目前除了用于航空、航天、航海、尖端武器等軍事領(lǐng)域外，隨著計算機技術(shù)的普及，該產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于冶金、化工、機械制造、礦山、汽車、電力系統(tǒng)、紡織、塑料、機器人、實驗設(shè)備以及各種非標(biāo)系統(tǒng)等領(lǐng)域中。1.2伺服閥和比例閥的區(qū)別比例閥多為電氣反饋，當(dāng)有信號輸入時，主閥芯帶動與之相連的位移傳感器運動，當(dāng)反饋的位移信號與給定信號相等時，主閥芯停止運動，比例閥達(dá)到一個新的平衡位置伺服閥，閥保持一定的輸出[5]；伺服閥有機械反饋和電氣反饋兩種，一般電氣反饋的伺服閥的頻響高，機械反饋的伺服閥頻響稍低，動作過程與比例閥基本相同。區(qū)別：一般比例閥的輸入功率較大，基本在幾百毫安到1安培以上，而伺服閥的輸入功率較小，基本在幾十毫安；比例閥的控制精度稍低，滯環(huán)較伺服閥大，伺服閥的控制精度高，但對油液的要求也高。結(jié)構(gòu)上比例閥的閥芯是靠電磁力和液壓力及彈簧力來實現(xiàn)平衡的，而伺服閥是靠液壓力來平衡的，所以比例閥在控制大流量高壓力上沒有優(yōu)勢；還有比例閥最早的產(chǎn)品是開式的，這應(yīng)該是為什么叫比例閥的原因；在應(yīng)用上，伺服閥用的更廣，不僅能夠用于精確的位置，速度等控制，還具有隨動作用，所以像你開的汽車助力轉(zhuǎn)向就是一個隨動伺服系統(tǒng)，這是比例閥難以實現(xiàn)的。實現(xiàn)油缸上下運動可以通過閥在不同位置而使得油路切換而實現(xiàn)，這樣的閥采用普通換向閥就可以實現(xiàn)了，而伺服或者比例閥的作用是不僅可以控制油缸的方向，還可以精確控制閥的開度，從而可以精確控制流量（工作狀態(tài)保持不變下）[6]。閥的反饋只能決定閥是否精確到位，而并不能控制系統(tǒng)的狀態(tài)，因為即使閥的開度準(zhǔn)確，但是真正到作動器內(nèi)的流量也受到泵壓力、管路消耗、負(fù)載變化等等多種因素的影響，因而要實現(xiàn)精確的位置或者速度控制，還需要另外一個避環(huán)回路——系統(tǒng)避環(huán)，針對位置和速度，現(xiàn)在有成型的速度和位置控制板來實現(xiàn)。比例閥沒有了伺服閥的閥芯位置避環(huán)，它是靠較大的、精確控制供給比例閥芯的電流量來控制相對準(zhǔn)確的閥芯位置而簡化的設(shè)計形式。比例閥不用配固定的作動器，精確實現(xiàn)位置和速度控制也還是需要系統(tǒng)避環(huán)。比例閥和伺服閥電流輸入信號抗干擾強，但相應(yīng)的價格貴點，內(nèi)部線圈是可以是一個也有的是兩個，很多三位閥只用一個線圈，靠電壓反相控制兩邊位置，三位閥更多的是兩個線圈布置在三位閥的兩邊，但線圈可以是單獨控制，也可以是串聯(lián)或并聯(lián)控制。其實比例閥和伺服閥現(xiàn)在很難區(qū)分，可能驅(qū)動方式是唯一差別，伺服閥是力矩馬達(dá)，比例閥是比例線圈，伺服閥是噴嘴檔板，響應(yīng)高點，比例閥是滑閥，但說到控制精度，比例閥可能還要高點，特別是在兩極反饋閥中，因為先導(dǎo)極的比例閥反饋是電位移傳感器，而伺服閥是機械式的反饋桿，所以在一些參數(shù)如重復(fù)精度，滯環(huán)，線性度比例閥比伺服閥好，但BODE圖上的曲線伺服閥好些比例閥有較大的零位死區(qū)（約20％），而伺服閥則無。從控制來說，比例閥不適合于位置控制。因此，我調(diào)研了為國內(nèi)外的伺服閥。1.3電液伺服閥的發(fā)展過程壓控制技術(shù)的歷史最早可追溯到公元前240年，當(dāng)時一位古埃及人發(fā)明了人類歷史上第一個液壓伺服系統(tǒng)——水鐘。然而在隨后漫長的歷史階段，液壓控制技術(shù)一直裹足不前，直到18世紀(jì)末19世紀(jì)初，才有一些重大進(jìn)展。在二戰(zhàn)前夕，隨著工業(yè)發(fā)展的需要，液壓控制技術(shù)出現(xiàn)了突飛猛進(jìn)地發(fā)展，許多早期的控制閥原理及專利均是這一時代的產(chǎn)物。如：Askania調(diào)節(jié)器公司及Askania-Werke發(fā)明及申請了射流管閥原理的專利。同樣，F(xiàn)oxboro發(fā)明了噴嘴擋板閥原理的專利。而德國Siemens公司發(fā)明了一種具有永磁馬達(dá)及接收機械及電信號兩種輸入的雙輸入閥，并開創(chuàng)性地使用在航空領(lǐng)域[3]。在二戰(zhàn)末期，伺服閥是用螺線管直接驅(qū)動閥芯運動的單級開環(huán)控制閥。然隨著控制理論的成熟及軍事應(yīng)用的需要，伺服閥的研制和發(fā)展取得了巨大成就。1946年，英國Tinsiey獲得了兩級閥的專利；Raytheon和Bell航空發(fā)明了帶反饋的兩級閥；MIT用力矩馬達(dá)替代了螺線管使馬達(dá)消耗的功率更小而線性度更好。1950年，W.C.Moog第一個發(fā)明了單噴嘴兩級伺服閥。1953年至1955年間，T.H.Carson發(fā)明了機械反饋式兩級伺服閥；W.C.Moog發(fā)明了雙噴嘴兩級伺服閥；Wolpin發(fā)明了干式力矩馬達(dá)，消除了原來浸在油液內(nèi)的力矩馬達(dá)由油液污染帶來的可靠性問題。1957年R.Atchley利用Askania射流管原理研制了兩級射流管伺服閥。并于1959年研制了三級電反饋伺服閥。1959年2月國外某液壓與氣動雜志對當(dāng)時的伺服閥情況作了12頁的報道，顯示了當(dāng)時伺服閥蓬勃發(fā)展的狀況。那時生產(chǎn)各種類型的伺服閥的制造商有20多家。各生產(chǎn)廠家為了爭奪伺服閥生產(chǎn)的霸權(quán)地位展開了激烈地競爭?；仡櫄v史，可以看到最終取勝的幾個廠家，大多數(shù)生產(chǎn)具有反饋及力矩馬達(dá)的兩級伺服閥。我們可以看到，1960年的伺服閥已具有現(xiàn)代伺服閥的許多特點。如：第二級對第一級反饋形成閉環(huán)控制；采用干式力矩馬達(dá)；前置級對功率級的壓力恢復(fù)通?？蛇_(dá)到50%；第一級的機械對稱結(jié)構(gòu)減小了溫度、壓力變化對零位的影響。同時，由早期的直動型開環(huán)控制閥發(fā)展變化而來的直動型兩級閉環(huán)控制伺服閥也已出現(xiàn)。當(dāng)時的伺服閥主要用于軍事領(lǐng)域，隨著太空時代的到來，伺服閥又被廣泛用于航天領(lǐng)域，并研制出高可靠性的多余度伺服閥等尖端產(chǎn)品。與此同時，隨著伺服閥工業(yè)運用場合的不斷擴大，某些生產(chǎn)廠家研制出了專門使用于工業(yè)場合的工業(yè)伺服閥。如Moog公司就在1963年推出了第一款專為工業(yè)場合使用的73系列伺服閥產(chǎn)品。隨后，越來越多的專為工業(yè)用途研制的伺服閥出現(xiàn)了。它們具有如下的特征：較大的體積以方便制造；閥體采用鋁材（需要時亦可采用鋼材）；獨立的第一級以方便調(diào)整及維修；主要使用在14MPa以下的低壓場合；盡量形成系列化、標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品[7]。然而Moog公司在德國的分公司卻將其伺服閥的應(yīng)用場合主要集中在高壓場合，一般工作壓力在21MPa，有的甚至到35MPa，這就使閥的設(shè)計專重于高壓下的使用可靠性。而隨著伺服閥在工業(yè)場合的廣泛運用，各公司均推出了各自的適合工業(yè)場合用的比例閥。其特點為低成本，控制精度雖比不上伺服閥，但通過先進(jìn)的控制技術(shù)和先進(jìn)的電子裝置以彌補其不足，使其性能和功效逼近伺服閥。1973年，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(biāo)準(zhǔn)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。1974年，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?shù)腒G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。二．電液伺服閥國內(nèi)研究現(xiàn)狀2.1北京航空航天電液伺服閥技術(shù)中心2.1.1公司簡介網(wǎng)址（/index.asp）中國運載火箭技術(shù)研究院第十八研究所（北京航天伺服技術(shù)研究所），是航天系統(tǒng)唯一一家具有獨立法人資質(zhì)的伺服技術(shù)專業(yè)研究所，隸屬于中國最大的運載火箭及載入航天飛行器研究、設(shè)計、生產(chǎn)基地——中國運載火箭技術(shù)研究院，是精密機電控制設(shè)備的專業(yè)研制單位，是中國航天伺服專業(yè)技術(shù)中心。研究領(lǐng)域集燃?xì)狻⒁簤?、機械、電子于一體，從事智能機電及工業(yè)自動控制產(chǎn)品的設(shè)計、研發(fā)和生產(chǎn)，在國際上首創(chuàng)大功率自足式完全整體化電液伺服機構(gòu)，專業(yè)技術(shù)跨越了六大技術(shù)臺階，創(chuàng)立了一套較為完整的適應(yīng)中國國情的航天伺服控制技術(shù)理論體系。自主開發(fā)了34種伺服機構(gòu)(系統(tǒng))，形成了以伺服閥、電機、氣動機、傳感器、超高速渦輪泵和伺服控制器等為代表的200余種伺服配套產(chǎn)品，建立了較為完善的研究試驗設(shè)施和配套體系。2.1.2LDY系列電液伺服閥介紹工作原理LDY系列電液伺服閥是由電磁力矩馬達(dá)、雙噴嘴—擋板（前置級）和四邊滑閥（功率級）組成的電液放大器。當(dāng)閥壓降恒定時，功率級四邊閥的閥芯位移和力矩馬達(dá)的輸入電流成正比，負(fù)載流量輸出也和輸入電流成正比。(2)結(jié)構(gòu)特點LDY系列電液伺服閥的結(jié)構(gòu)優(yōu)點：零點穩(wěn)定，靈敏度高，零漂小，頻帶寬，穩(wěn)定性高，長期工作可靠。用途：適用于位置控制，速度控制，力控制，加速度控制，加速度控制等自動控制系統(tǒng)。LDY系列電液伺服閥結(jié)構(gòu)類型如表2.1所示。表2.1LDY系列電液伺服閥結(jié)構(gòu)類型序號型號結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)原理1LDY6LDY11LDY10LDY15前置級為雙噴嘴擋板閥，第二級為四邊滑閥，力反饋輸出流量與輸入電流成正比實現(xiàn)控制。圖2.12LDY3前置級為雙噴嘴擋板閥，第二級為四邊滑閥，第三級為功率四邊滑閥。第三級滑閥位置由LVDT電反饋實現(xiàn)閉環(huán)控制回路。圖2.23LDY5雙噴嘴擋板式單級放大，干式力矩馬達(dá)的電液伺服閥圖2.3LDY系列電液伺服閥力反饋結(jié)構(gòu)原理圖如圖2.1所示。圖2.1力反饋結(jié)構(gòu)原理圖圖2.2大流量三級閥結(jié)構(gòu)原理圖2.3小流量單級閥結(jié)構(gòu)原理性能參數(shù)液壓性能LDY系列電液伺服閥用恒壓油源供油。最低供油壓力為0.8MPa最高供油壓力如表2.2：表2.2最高供油壓力系列型號LDY3LDY5LDY11LDY15LDY10LDY6供油壓力（MPA）212531.5供油孔實驗壓力：最高供油壓力150%回油孔實驗壓力：最高供油壓力100%工作液體建議使用22號透平油，N46抗磨液壓油或其它合適的液壓油為工作液體。工作液體應(yīng)符合ISO4406的15/11～18/14污染等級或NAS7-8級以上的清潔度。工作油液溫度最低溫度-40℃（由于條件限制溫度-40℃以下沒有試驗過）最高溫度+125℃。額定流量額定流量(Ps=7MPa時)[L/min]及零位流量[L/min]見表2.3：表2.3LDY系列電液伺服閥額定流量及零位流量型號LDY3LDY11ALDY11BLDY10LDY15LDY5LDY6額定流量1252503005006380100125150180220801001254102012410204060零位流量<4<3<4<2.5<1.5<1.3電氣性能輸入電流一般不應(yīng)超過額定電流。LDY系列電液伺服閥標(biāo)準(zhǔn)線圈參數(shù)和線圈連接如表2.4和2.5所示。表2.4LDY系列電液伺服閥標(biāo)準(zhǔn)線圈參數(shù)單線圈額定電阻(在25℃測定)額定電流（mA）線圈的近似電感（H）差動、并聯(lián)、電線圈串聯(lián)單線圈差動連接串連接并連接650157.51.03.05.01,122030150.300.531.00,278040200.220.400.700.182280400,075表2.5LDY系列線圈連接靜態(tài)和動態(tài)特性流量增益是指控制流量對輸入電流的比值。流量對稱性和直線性如圖2.4所示，常規(guī)伺服閥在零區(qū)附近(±5%額定輸入電流)的流量非線性允許為名義流量增益的50%—200%。額定流量允差為±10%額定流量。流量對稱性允差<10%額定流量。滯環(huán)允差<3%額定電流。分辨率<0.5%額定電流。圖2.4流量對稱性和直線性壓力增益是指關(guān)閉控制腔時（控制流量為零），負(fù)載壓降隨輸入電流變化的函數(shù)曲線上，負(fù)載壓降在40%供油壓力范圍內(nèi)，曲線上某點的斜率。壓力增益特性曲線如圖2.5所示。壓力增益指標(biāo)允許在輸入1%額定電流時，壓力差變化在0%-95%供油壓力范圍。圖2.5壓力增益特性曲線零位流量(又稱內(nèi)泄漏)是前置級流量和功率級滑閥泄漏量疊加值。零位流量應(yīng)小于3%額定流量。如圖2.6所示。圖2.6零位流量特性零漂是由工作條件或環(huán)境變化引起的零位變化。允許零漂值：溫度每變化55℃，<±3%額定電流；加速度從0~10g變化時，<±2%額定電流；供油壓力從80%~100%額定電壓變化時，<±2%額定電流。頻率響應(yīng)伺服閥的頻率響應(yīng)是指無載控制流量對于等幅變頻正弦輸入電流的復(fù)數(shù)比。標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的頻率響應(yīng)參數(shù)如表2.6所示。表2.6標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的頻率響應(yīng)參數(shù)產(chǎn)品型號LDY3LDY5LDY6LDY10LDY11LDY14LDY15頻率[Hz](-3db時)30~10050060~10040~5030~5060~10050~100階躍響應(yīng)響應(yīng)時間常數(shù)按輸出流量變化從0%-90%計算。當(dāng)電流階躍輸入為100%，工作供油壓力為21MPa時，響應(yīng)時間參數(shù)如表2.7。表2.7響應(yīng)時間參數(shù)產(chǎn)品型號LDY3LDY5LDY6LDY10LDY11LDY14LDY15響應(yīng)時間[sec]0.003~0.0120.0010.003~0.0060.005~0.0100.005~0.0150.003~0.0060.003~0.0062.2中國航空工業(yè)第六零九研究所2.2.1企業(yè)介紹網(wǎng)址（/end.asp?id=11）中國航空工業(yè)集團(tuán)公司金城南京機電液壓工程研究中心，是由原中國航空工業(yè)第六○九研究所整體與金城集團(tuán)航空業(yè)務(wù)部分組成，是我國航空機載機電系統(tǒng)產(chǎn)品的科研和專業(yè)生產(chǎn)基地，是中國航空工業(yè)總公司所屬航空機電液壓工程研究專業(yè)技術(shù)的研發(fā)中心。南京機電液壓伺服工程公司是中國航空工業(yè)總公司南京機電液壓工程研究中心的下屬單位，主要從事電液伺服閥及電液伺服控制系統(tǒng)的開發(fā)、研制及批量生產(chǎn)。是我國歷史最久、規(guī)模最大、水平最高的伺服閥研發(fā)與生產(chǎn)基地之一。產(chǎn)品已廣泛用于航空、航天、航海、兵器、汽車、冶金、機器人、礦山、郵電、紡織、印刷、自動控制、試驗設(shè)備、非標(biāo)設(shè)備制造等領(lǐng)域。2.2.2FF系列電液伺服閥介紹（1）FF系列電液伺服閥（如圖2.7）它是一種高性能、雙噴檔、力反饋的流量控制閥。產(chǎn)品有FF101、FF102、FF106、FF106A、FF113等多個系列，并已研制成功射流偏轉(zhuǎn)板閥、直接驅(qū)動閥。圖2.7FF系列電液伺服閥FF系列電液伺服閥的力矩馬達(dá)采用永磁力矩馬達(dá)，它由兩個永久磁鋼產(chǎn)生極化磁通，銜鐵兩端伸入磁通回路的氣隙中。彈簧管除起銜鐵—擋板的彈性支承作用外，還起閥的電磁部分和液壓部分之間的密封作用。第一級液壓放大器的擋板插在兩個噴嘴之間，形成兩個可變節(jié)流口。反饋桿從擋板內(nèi)部伸出，它的小球插入第二級四通滑閥閥芯中間的小槽內(nèi)。液壓油連續(xù)地從供油腔Ps通過內(nèi)部過濾器及兩個固定節(jié)流孔，然后流過噴嘴擋板形成的可變節(jié)流口，再經(jīng)過回油節(jié)流孔流回回油腔Pr。當(dāng)力矩馬達(dá)線圈組件輸入控制電流時，由于控制磁通和極化磁通的相互作用，在銜鐵上產(chǎn)生一個力矩，該力矩使銜鐵組件繞彈簧管旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)，從而使擋板運動，它導(dǎo)致一邊的噴嘴—擋板可變節(jié)流口可變節(jié)流面積減少，另一邊的可變節(jié)流面積增大，致使噴嘴腔產(chǎn)生壓差，推動閥芯移動，此移動一直持續(xù)到由于反饋桿彎曲產(chǎn)生的反饋力矩與由控制電流產(chǎn)生的控制力矩相平衡為止，此時擋板大致處于中位。由于力矩馬達(dá)的力矩與輸給閥的控制電流基本成正比關(guān)系，反饋力矩與閥芯位移成正比。這樣，再諸力平衡狀態(tài)時，便得到一個與控制電流成比例的閥芯位移，即在閥壓降為恒值及閥套采用矩形孔或環(huán)槽節(jié)流邊的情況下，輸出流量與輸入電流之間成比例關(guān)系。FF系列電液伺服閥結(jié)構(gòu)原理圖如2.8所示。圖2.8FF系列電液伺服閥結(jié)構(gòu)原理圖電氣性能線圈連接圖如圖2.9所示。圖2.9線圈連接圖規(guī)定控制電流的正極性：單線圈：2+，1-或4+，3-串聯(lián)線圈：1和4相連，2+，3-并聯(lián)線圈：1與3，2與4相連（1，3）-，（2，4）+差動連接：1與4相連，當(dāng)（1，4）+時，（1，4）到2<（1，4）到3，當(dāng)（1，4）-時，2到（1，4）>3到（1，4）電插頭座通常供貨為外形圖所示通用電插頭座，也可以根據(jù)用戶要求提供專用電插頭座。插頭座有4種方向可供選擇，具體方向請查閱相應(yīng)產(chǎn)品的系列號。勵振為改善閥的特性，給輸入信號附加的振蕩信號稱為勵振。勵振頻率一般取100～400Hz，幅值（峰間值）為10%～20%額定電流。伺服放大器伺服閥的力矩馬達(dá)線圈需要一個直流輸出的伺服閥放大器來驅(qū)動。伺服閥放大器應(yīng)采用深度電流反饋，以消除閥線圈阻抗變化引起閥的增益變化和相位滯后。液壓特性供油壓力FF系列伺服閥可在供油壓力2～28MPa下正常工作。FF系列伺服閥額定供油壓力為21MPa，樣本中給出的性能系在額定供油壓力下測定。閥性能，特別是分辨率和動態(tài)響應(yīng)隨供油壓力降低而變差。閥可以在額定供油壓力以外的壓力下工作，但零偏將有所變化。在額定壓力以外的壓力下，閥的空載流量按下式計算：式中：Ps–實際供油壓力P′s–實際供油壓力Qn–額定流量Q–供油壓力為P′s時的空載流量回油壓力：回油壓力可在大范圍內(nèi)變動（通常不大于2MPa），但回油壓力增大會引起零漂。不允許回油壓力大于進(jìn)油壓力，以免液流向液壓放大級產(chǎn)生回流。耐壓和破壞壓力耐壓能力：進(jìn)油及負(fù)載窗口=1.5Ps回油窗口=1.0Ps試驗后，仍能符合技術(shù)條件要求。破壞能力：進(jìn)油及負(fù)載窗口=2.5Ps回油窗口=1.5Ps試驗后，閥不應(yīng)破壞，但不要求閥恢復(fù)工作性能。工作液：FF系列伺服閥密封件采用丁晴橡膠，工作液為航空液壓油YH10、YH12或其它石油基液壓油。工作液清潔度：工作液固體顆粒污染度應(yīng)符合GJB420所規(guī)定的6～8級污染等級。伺服閥進(jìn)油窗口前應(yīng)安裝名義過濾度不低于10微米（μm）的濾油器。靜態(tài)特性極性：輸入正極性控制電流時，規(guī)定“液流從負(fù)載窗口1流出，由負(fù)載窗口2流入”的流向為正流量極性。如圖2.10所示?？蛰d流量特性:負(fù)載開啟（空載）情況下測定。閥的額定流量、滯環(huán)、零偏、非線性度、不對稱度等指標(biāo)可以從空載流量曲線上得到。零重疊（公差±2.5%）閥在±3%零位區(qū)域內(nèi)，流量增益變化范圍50%～200%名義流量增益。圖2.10空載流量特性曲線壓力特性在零位區(qū)域（對零重疊閥為10%額定電流）負(fù)載關(guān)斷的情況下測定。閥的壓力增益和零偏可在壓力特性曲線上得到。閥的壓力增益隨滑閥工作尖邊磨損而變低。如圖2.11所示。圖2.11壓力特性圖內(nèi)漏特性在負(fù)載關(guān)斷的情況下測定。閥的內(nèi)漏隨滑閥的工作尖邊磨損而增大。圖2.12內(nèi)漏特性圖負(fù)載特性負(fù)載流量計算公式：式中：Qv–負(fù)載流量K–結(jié)構(gòu)系數(shù)I–輸入電流Pv–閥壓降Pv=(Ps-Pr)-PlPs–供油壓力Pr–回油壓力Pl-負(fù)載壓降圖2.13負(fù)載特性曲線分辨率分辨率在零位附近（10%額定電流處）測定。分辨率隨供油壓力降低、滑閥磨損和工作液污染度程度加劇而變差。圖2.14分辨率測定曲線零偏零偏在標(biāo)準(zhǔn)試驗條件下消除閥的滯環(huán)后測定。在使用周期內(nèi)閥的零偏允許增大到6%。重疊用戶不作聲明，提供的伺服閥均為零重疊。零重疊公差規(guī)定為正重疊2.5%～負(fù)重疊2.5%。根據(jù)特殊需要，可提供指定正重疊或負(fù)重疊的閥。負(fù)重疊（預(yù)開口）：零位流量增益增大，壓力增益減小，零位泄露增加。正重疊（負(fù)開口）：零位流量增益減小，壓力增益變差，零位泄露減小。動態(tài)特性頻率特性取決于輸入信號幅值，供油壓力和閥的結(jié)構(gòu)參數(shù)。頻率相應(yīng)幅值比不允許大于+2dB。圖2.15EF系列伺服閥頻率特性傳遞函數(shù)系統(tǒng)設(shè)計時，F(xiàn)F系列雙噴嘴兩級流量伺服閥的傳遞函數(shù)可近似按下式估算：式中：Kv–閥的流量增益S-拉普拉斯算子ωn-自然頻率（相位滯后90°時的對應(yīng)頻率）ζ-阻尼比（可取0.5～0.7）FF-131電液伺服閥性能指標(biāo)如表2.8所示。表2.8FF-131電液伺服閥性2.3九江中船儀表有限責(zé)任公司（四四一廠）2.3.1公司簡介九江中船儀表有限責(zé)任公司于2006年由原國防科工委批準(zhǔn)組建，公司前身為九江儀表廠，代號四四一，創(chuàng)建于1959年，是國家“一五”計劃期間建設(shè)的156項重點工程之一，是中國船舶工業(yè)集團(tuán)公司所屬的大型綜合性艦船導(dǎo)航儀器儀表重點生產(chǎn)企業(yè)。2009年4月，公司改制為國有控股的有限責(zé)任公司（四四一廠）。公司以陀螺羅經(jīng)、自動操舵儀為代表的船舶導(dǎo)航設(shè)備和系統(tǒng)，以射流管電液伺服閥為核心元件的精密液壓控制系統(tǒng)，以及以含油污水自動監(jiān)測為代表的環(huán)保系統(tǒng)，在國內(nèi)船舶自動導(dǎo)航、精密液壓自動控制、石油化工以及環(huán)保等領(lǐng)域占有非常重要位置，主要產(chǎn)品技術(shù)處于國內(nèi)領(lǐng)先地位。目前主導(dǎo)產(chǎn)品有以下幾大類：1、導(dǎo)航儀器儀表，包括操舵儀系列、陀螺羅經(jīng)系列、陀螺穩(wěn)定平臺系列；2、精密液壓元件及系統(tǒng)，包括CDY型電液伺服閥、CSDY型射流管電液伺服閥、CBDY型復(fù)合比例流量閥、H/YXQ-006液壓舵機、YK系列液壓伺服控制裝置和BDY9型系列電液自動控制執(zhí)行機構(gòu)等；3、環(huán)保系列產(chǎn)品，包括含油污水監(jiān)測儀表及裝置、CY-2型油份濃度計、OCD1型隔爆油份濃度計、懸浮物分離器等。4、精密電工計量儀器、儀表，包括多功能標(biāo)準(zhǔn)表系列、便攜式電能表校驗裝置、三相指示儀表檢驗臺、多表位校驗臺、數(shù)字式檢測儀表、電源產(chǎn)品等2.32SDYG631、CSDY1/CSDY2、CDY1/CDY2電液伺服閥介紹主要伺服閥型號如圖2.16所示：圖2.16主要伺服閥SDYG631伺服閥（如圖2.17）圖2.17SDYG631伺服閥SDYG631系列伺服閥是我司參照MOOG-G631伺服閥研制出來的新產(chǎn)品，其安裝尺寸和流量設(shè)計均與G631一致;具有靈敏度高、性能穩(wěn)定、抗沖擊、振動、跟蹤速成度快、噪音小等特點?？捎糜陲w機、船舶、動力等電液自動控制系統(tǒng)中。技術(shù)參數(shù)：1.類型:SDYG631-5/10/20/40/60/75；2.額定電流:±50mA/±100mA；3.線圈電阻:14Ω/28Ω/56Ω；4.額定壓力:21MPa；5.操作壓力:1.4-31.5MPa；6.額定流量:5/10/20/40/60/75L/min（7MPa）；7.額定流量誤差:±10%；8.滯環(huán):≤5%；9.線性度:≤7.5%；10.對稱性:≤10%；11.分辨率:≤1%；12.零偏:≤4%。CSDY1/CSDY2射流電液伺服閥（如圖2.18）圖2.18CSDY1/CSDY2射流電液伺服閥CSDY1/CSDY2電液伺服閥是目前國際電液伺服閥中的最新產(chǎn)品。采用干式力矩馬達(dá)，整體焊接，射流管為先導(dǎo)級，主滑閥作功放，是一種高性能力反饋兩級方向、流量控制閥。它接受微小電信號并轉(zhuǎn)換為液壓功率放大，輸出流量大小與控制電信號大小成比例。其特點：1.結(jié)構(gòu)牢固?？煽耿窦壵駝?、Ⅰ級顛振和400g加速度攻擊；2.零位穩(wěn)定優(yōu)于雙噴嘴擋板型閥，安全可靠；3.分辨率極高；4.抗污染能力極強，可使用NAS1638的7-8級油液；5.壽命長，使用次數(shù)可達(dá)107次（約5000小時）；6.控制精度高。適用于遍及各個領(lǐng)域中的高精度電液伺服系統(tǒng)。如：造船工業(yè)、航天工業(yè)、航空工業(yè)、重工業(yè)、輕、紡工業(yè)，以及農(nóng)業(yè)機械液壓伺服系統(tǒng)。主要技術(shù)指標(biāo)：1.型號CSDY1-2、4、8、10、15、20、30、40（CSDY2-60、80、100、120）；2.額定電流±8mA；3.線圈電阻1000±100Ω；4.絕緣電阻＞50MΩ；5.額定壓力206×105Pa；6.使用壓力（20～309）×105Pa；7.額定流量2、4、8、10、15、20、30、40L/min(CSDY2型：60、80、100、120）；8.滯環(huán)＜3%；9.線性度＜7.5%；10.對稱度10%；11.靜耗流量＜0.45+3%Qn；12.壓力增益＞30%Ps/1%△i；13.分辨率＜0.25%；14.零偏＜2%；15.種類零漂指標(biāo)2%；16.頻率特性(-3db)＞70Hz(-90°角)＞90Hz；17.溫度范圍-40C～+85C；18.工作液粘度10-100cst；19.系統(tǒng)過濾精度10～20u。工作原理:高壓油Ps一路通過濾油器進(jìn)入射流管噴嘴，另一路進(jìn)入閥芯和閥套組成的通路。當(dāng)無信號電流時，閥處于零位，無流量輸出。當(dāng)有控制信號電流輸入時，使射流管噴嘴偏轉(zhuǎn)（設(shè)順時針），接受器左腔壓力上升，右腔壓力下降，閥芯在壓差作用下右移，其油路Ps-A-1負(fù)載-2-C-P。閥芯右移時，反饋力矩反饋到射流管組件，使接受器兩腔差趨于零，閥芯有一微小位移，輸出穩(wěn)定流量。若控制信號電流反向，伺服閥則輸出反向流量。CDY1/CDY2電液伺服閥(如圖2.19)圖2.19CDY1/CDY2電液伺服閥CDY1/2伺服閥為高性能雙噴嘴--擋板電液伺服閥。該型電液伺服閥在設(shè)計上采用干式力矩馬達(dá)，功率級滑閥采用彈簧對中，整體閥套等合理措施。具有靈敏度高、性能穩(wěn)定、抗沖擊、振動、跟蹤速成度快、噪音小等特點?？捎糜陲w機、船舶、動力等電液自動控制系統(tǒng)中。主要技術(shù)指標(biāo):1.額定工作壓力70MPa；額定空載流量20~25L/min；2.額定輸入電流30mA；3.流量對稱度<10%；4.壓力增益30%/1%△i；5.內(nèi)部泄漏量<1.3(L/min)；6.零偏<±2%；7.供油壓力零漂<±2%；8.回油壓力零漂<±2%；9.油度變化40℃時零漂<2%；10.頻率特性90HZ(-3db)；11.系統(tǒng)用油過濾精度要求NAS7級；12.分辨率<1%。2.4中國運載火箭技術(shù)研究院第十八研究所2.4.1企業(yè)簡介中國運載火箭技術(shù)研究院第十八研究所，隸屬于中國航天科技集團(tuán)公司第一研究院中國運載火箭技術(shù)研究院。它是航天伺服技術(shù)的發(fā)祥地，主要從事航天伺服控制、遙測、智能機電以及工業(yè)自動控制產(chǎn)品的設(shè)計、開發(fā)與生產(chǎn)制造。單位主要承擔(dān)彈（箭）及其他武器裝備伺服系統(tǒng)控制技術(shù)（如液壓、電動、氣動、燃?xì)獾人欧到y(tǒng)）及其試驗技術(shù)、測試技術(shù)的研制任務(wù)，并承擔(dān)彈（箭）伺服機構(gòu)的生產(chǎn)任務(wù)；承擔(dān)彈（箭）上遙測傳輸設(shè)備、遙測系統(tǒng)地面測試設(shè)備的生產(chǎn)任務(wù)。單位所從事的航天伺服控制技術(shù)研究及其產(chǎn)品開發(fā)是動力技術(shù)、傳動技術(shù)、控制技術(shù)、測量技術(shù)和微電子技術(shù)的緊密結(jié)合；是將火工、流體、機械、電磁、電子及信息處理技術(shù)的高度集成；是涉及到精密機械、液壓、電機、電力電子、自動控制、微電子、固體推進(jìn)劑、高溫燃?xì)?、低溫氦氣、信號處理、?shù)據(jù)采集與處理等諸多學(xué)科的現(xiàn)代技術(shù)；是研發(fā)、設(shè)計、工藝、試驗、生產(chǎn)一體化的科研與生產(chǎn)單位。從覆蓋的專業(yè)上，單位伺服控制技術(shù)涉及了17個專業(yè)類別；從生產(chǎn)上具有精密加工、特色處理及裝配調(diào)試工藝技術(shù)和11個重要專業(yè)（產(chǎn)品）試驗室。整體技術(shù)水平在國內(nèi)同行業(yè)中處于領(lǐng)先地位，部分技術(shù)已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平。十八所研制的產(chǎn)品以其高質(zhì)量、高可靠的卓越性能，成功的參加了長征系列運載火箭、“神舟”系列飛船、“嫦娥一號”探月工程等航天發(fā)射任務(wù)，為我國國防和航天事業(yè)的崛起和騰飛做出了突出貢獻(xiàn)，先后獲得全國科技大會獎、國家科技進(jìn)步獎、國防科技成果獎、部級科技進(jìn)步獎和重大科技成果獎共190余項，擁有多項專利和專有技術(shù)，并注冊了“新超越”品牌。2.4.2SFL212A、SFL312、SFL22系列電液服閥介紹主要伺服閥如圖2.20所示。圖2.20主要伺服閥SFL212A型電液流量控制伺服閥（如圖2.21）圖2.21SFL212A型電液流量控制伺服閥其性能指標(biāo)如表2.9所示：表2.9SFL212A型電液流量控制伺服閥性能指標(biāo)頻率特性如圖2.22所示：圖2.22頻率特性曲線電氣接口如圖2.10所示：表2.10電氣接口SFL312型電液流量控制伺服閥SFL312三級電反饋伺服閥適應(yīng)于大流量、高響應(yīng)應(yīng)用場合。它以SFL218型兩級閥為前置級，并以滑閥式控制閥為功率級（第三級），第三級的功率滑閥依靠LVDT式位移傳感器反饋定位，三級閥控制器采用貼片元器件集成在閥體上。SFL312型電液流量控制伺服閥如圖2.23所示。圖2.23SFL312型電液流量控制伺服閥性能指標(biāo)如表2.11所示：表2.11性能指標(biāo)設(shè)計特點：1.大流量，高響應(yīng)；2.LVDT位移傳感器實現(xiàn)閥芯，非接觸式位移測量；3.高可靠貼片式三級閥控制器集成在閥體上。三級閥工作原理：輸入控制電壓經(jīng)放大和電壓-電流轉(zhuǎn)換，使前置級伺服閥的控制腔輸出流量推動主閥芯移動。主閥芯的位置由位移傳感器檢測，經(jīng)解調(diào)、放大后成為與主閥芯位移成正比的反饋電壓信號，然后反饋入綜合放大器。于是，前置級兩級閥的輸入電流被減小，一直到近似為零，此時，主閥芯停留在某一平衡位置。在該位置上，反饋電壓等于輸入控制電壓（近似相等）。當(dāng)供油壓力與負(fù)載壓力一定時，輸出到負(fù)載的流量與輸入控制電壓大小成正比。電氣接口如圖2.24所示：圖2.24電氣接口SFL22系列電液流量控制伺服閥（如圖2.25）圖2.25SFL22系列電液流量控制伺服閥性能指標(biāo)如表2.12所示：表2.12性能指標(biāo)設(shè)計特點：1、偏導(dǎo)射流口間隙大，不易堵塞，抗污能力強；2、寬溫域條件下工作，能適應(yīng)環(huán)境溫度為－15℃~200℃；3、耐高壓，能在供油壓力為35MPa條件下工作。電氣接口如表2.13所示：表2.13電氣接口三．電液伺服閥國外研究現(xiàn)狀3.1美國Moog（穆格）公司3.1.1公司簡介網(wǎng)址為（）。穆格(MOOG)公司是全球電液伺服元件及伺服系統(tǒng)設(shè)計及制造領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，創(chuàng)立于1951年。MOOG品牌最早起源于航空航天軍事工業(yè)領(lǐng)域伺服閥及系統(tǒng)制造，主要經(jīng)營伺服閥，伺服控制器，電動缸，伺服電機，伺服控制軟件，包括各種行業(yè)系統(tǒng)工程解決方案，行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，涉及鋼鐵冶金，電力電站系統(tǒng)，注塑吹塑成型，粉末陶瓷成型，材料試驗，汽車測試仿真系統(tǒng)，航空測試仿真系統(tǒng)等。美國Moog公司歷史起源于公司創(chuàng)建者威廉C穆格，他是一位發(fā)明家、企業(yè)家，也是一位遠(yuǎn)見卓識者。1951年，比爾穆格研制成功電液伺服閥，這種裝置可把微弱的電脈沖轉(zhuǎn)換為精確而有力的運動。1951年7月，比爾、阿特兄弟倆和盧蓋耶在紐約州東奧羅拉租借了已廢棄的Proner機場的一角，成立了穆格制閥公司（MoogValveCompany）。穆格中國成立于1997年，在上海、北京、廣州和香港設(shè)有五個辦事處，其中上海有2個工廠(穆格控制系統(tǒng)（上海）有限公司和穆格控制設(shè)備（上海）有限公司)。穆格在中國的主要業(yè)務(wù)市場包括塑機制造、發(fā)電、冶金機械、航空與汽車測試。穆格中國上海是我們在亞洲的汽車測試解決方案研發(fā)與電動變槳控制系統(tǒng)制造的中心。位于上海高行的公司致力于向亞太區(qū)的客戶提供用于風(fēng)力發(fā)電的變槳控制系統(tǒng)解決方案，與此同時，上海的維修中心是中國唯一的穆格原廠維修與服務(wù)中心。3.1.2D633、D634、G761系列電液伺服閥介紹（1）D633、D634系列伺服閥（如圖3.1所示）。圖3.1D633、D634系列伺服閥MOOG(穆格)D633、D634系列伺服閥是MOOG公司研制成功的新型電液伺服閥。D633、D634系列伺服閥是MOOG公司對其經(jīng)久考驗，盛名于世的雙噴嘴力反饋兩級伺服閥的發(fā)展與補充，和傳統(tǒng)的MOOG30、31、32、34、35、E760等系列伺服閥相比，其最大的區(qū)別在于D633、D634系列伺服閥從結(jié)構(gòu)上取消了噴嘴一擋板前置級、用大功率的直線力馬達(dá)替代了小功率的力矩馬達(dá)，用先進(jìn)的集成塊與微型位置傳感器替代了工藝復(fù)雜的機械反饋裝置—力反饋桿與彈簧管，從而簡化了結(jié)構(gòu)，提高了可靠性，大大地降低了制造成本，卻保持了帶噴擋前置級的兩級伺服閥的基本性能與技術(shù)指標(biāo)。DDV系列電液伺服閥的工作原理：一個電指令信號施加到閥芯位置控制器集成塊上，電子線路在直線馬達(dá)產(chǎn)生一個脈寬調(diào)制（PWM）電流，震蕩器就使閥芯位置傳感器（LVDT）勵磁。經(jīng)解調(diào)以后的閥芯位置信號和指令位置信號進(jìn)行比較。閥芯位置控制器產(chǎn)生一個電流輸給力馬達(dá)，力馬達(dá)驅(qū)動閥芯，一直使閥芯移動到指令位置。閥芯的位置與指令信號成正比。伺服閥的實際流量Q是閥芯位置與通過閥芯計量邊的壓力降的函數(shù)。DDV系列電液伺服閥的特點：1.標(biāo)準(zhǔn)化的閥芯位置的監(jiān)測。2.防水性為IP65(DIN40050)級。3.低的滯環(huán)，高的分辨率。4.在位置、速度、壓力以及力電液伺服系統(tǒng)中可用二位二通、三位三通或三位四通的方式進(jìn)行工作。5．安裝形式與尺寸符合DIN24340和cetop3與6。6．無液壓前置級。7．停電、電纜損壞、或者緊急停車情況下伺服閥均能自行回中，無需外力推動。8．動態(tài)性能指標(biāo)與供油壓無關(guān)。9．具有極性接反保護(hù)功能與超壓保護(hù)功能.10．電子零位調(diào)節(jié)來補償負(fù)載飄移。DDV系列電液伺服閥的特性曲線（以D633、D634系列伺服閥為例）如圖3.40所示.圖3.2DDV系列電液伺服閥的特性曲線D633、D634系列電液伺服閥性能指標(biāo)如表3.1所示。表3.1D633、D634系列電液伺服閥性能指標(biāo)G761系列電液伺服閥（如圖3.3所示）圖3.3G761系列伺服閥G761系列電液伺服閥的技術(shù)參數(shù)如表3.2所示。表3.2G761系列伺服閥的技術(shù)參數(shù)閥的負(fù)載流量圖如圖3.3所示。圖3.3閥的負(fù)載流量圖頻率響應(yīng)：G761系列電液伺服閥的典型響應(yīng)特性（如圖3.4所示）。圖3.4頻率響應(yīng)圖階躍響應(yīng)：G761系列電液伺服閥的典型瞬態(tài)響應(yīng)（如圖3.5所示）。圖3.5階躍響應(yīng)圖G761系列電液伺服閥的電氣特性（如表3.3）：額定電流和線圈電阻：G761系列電液伺服閥有各種不同阻值的線圈供選擇。線圈連接：伺服閥帶有標(biāo)準(zhǔn)的4芯電氣插座，力矩馬達(dá)的四根引線均在插座處，所以可將力矩馬達(dá)線圈外接為串聯(lián)，并聯(lián)或單線圈工作形式。當(dāng)線圈串聯(lián)連接時，其額定電流值為并聯(lián)連接或單線圈工作時額定電流值的一半。伺服放大器：伺服閥的動作對應(yīng)于輸入電流，所以必須使用高電阻放大器。表3.3G761系列電液伺服閥的電氣特性3.2德國Bosch公司3.2.1德國Bosch公司簡介網(wǎng)址：/country_units/asia/china/zh/index.jsp德國博世集團(tuán)（BoschWorldwide）是德國最大工業(yè)企業(yè)之一，也是全球第一大汽車技術(shù)供應(yīng)商和包裝機械制造商，是由羅伯特?博世先生于1886年在斯圖加特創(chuàng)辦的。博世集團(tuán)以創(chuàng)新尖端的產(chǎn)品和系統(tǒng)解決方案著稱，被譽為“德國三大最具創(chuàng)新精神的公司”（其余兩個是西門子和WMF）。1886年，羅伯特.博世有限公司，由公司創(chuàng)始人羅伯特.博世先生在德國創(chuàng)辦，在當(dāng)時，它不過是一間簡陋的“精密機械和電器工程車間”。博世的產(chǎn)品涉及汽車技術(shù)、工業(yè)技術(shù)、消費品和建筑智能化技術(shù)等領(lǐng)域。博世汽車技術(shù)部包括汽油系統(tǒng)、柴油系統(tǒng)、底盤系統(tǒng)、能源及車身系統(tǒng)、汽車多媒體、汽車電子、采埃孚轉(zhuǎn)向機系統(tǒng)和售后市場等八大部門。3.2.2Bosch三級電液伺服閥介紹Bosch三級電液伺服閥外形尺寸如圖3.6所示圖3.6Bosch三級電液伺服閥外形尺寸Bosch三級電液伺服閥性能指標(biāo)：Bosch三級電液伺服閥的供油壓力范圍為2-31.5MPa，額定供油壓力Ps為21MPa，額定流量為5L/min，額定電流為10mA，滯環(huán)≤1%,分辨率≤0.5%，非線性度≤±1%，不對稱度≤±5%,零偏≤±2.5%，供油壓力零漂（80-110%Ps）≤±2%。頻率特性：幅頻寬（-3Db）和相頻寬（-90°）都≥100Hz。工作溫度在-45℃與+135℃之間。設(shè)計特點：1.大流量，高響應(yīng)；2.LVDT位移傳感器實現(xiàn)閥芯非接觸式位移測量；3.高可靠貼片式三級閥控制器集成在閥體上。工作原理：輸入控制電壓經(jīng)放大和電壓-電流轉(zhuǎn)換，使前置級伺服閥的控制腔輸出流量推動主閥芯移動，經(jīng)調(diào)解，放大后成為與主閥芯位移成正比的反饋電壓信號，然后反饋入綜合放大器。于是，前置級兩級伺服閥的輸入電流被減少，一直到近似為零，此時，主閥芯停留在某一平衡位置。在該位置上，反饋電壓等于輸入控制電壓。當(dāng)供油壓力與負(fù)載壓力一定時，輸出到負(fù)載的流量與輸入控制電壓大小成正比。3.3美國威格士（EatonVickers）公司3.3.1公司簡介網(wǎng)址：/valves_servo_valves.htm。VICKERS美國威格士是伊頓集團(tuán)流體動力部門旗下的一個全球知名的液壓品牌其主要產(chǎn)品包括威格士油泵、威格士柱塞泵、威格士葉片泵、威格士液壓泵、威格士馬達(dá)、油缸、威格士液壓閥等。伊頓的流體動力產(chǎn)品應(yīng)用廣泛包括土方機械、農(nóng)業(yè)、建筑、航空、采礦、林業(yè)、公共設(shè)施和物料搬運。伊頓是全球領(lǐng)先的多元化工業(yè)產(chǎn)品制造商在全球的工業(yè)領(lǐng)域享有技術(shù)先進(jìn)、質(zhì)量可靠的聲譽。在全球6大洲超過125個國家擁有5萬5千名員工。年銷售額為98億美元。產(chǎn)品涉及汽車、卡車、重型設(shè)備、民航、國防軍事、居住、電訊和數(shù)據(jù)傳輸、工業(yè)設(shè)備和公共設(shè)施、商業(yè)機構(gòu)和政府機關(guān)、以及運動和娛樂的各個領(lǐng)域。3.3.2SM4-40伺服閥威格士的SM4-40伺服閥提供系統(tǒng)閉環(huán)控制，具有位置精度高、速度曲線可重復(fù)以及可預(yù)測的力或力矩的調(diào)節(jié)等優(yōu)點。壓力達(dá)350bar(5000psi)的SM4-40(-50設(shè)計)伺服閥的應(yīng)用包括自動棍縫控制(AGC)、軋輥彎曲／軋輥平衡系統(tǒng)、注塑成形系統(tǒng)、測試仿真裝置和液壓制動器等。這種高性能SM4系列伺服閥能提供寬范圍的流量輸出，當(dāng)70bar(1000psi)△p時，額定流量從76到151l/min(20到40USgpm)。SM4系列是兩級模塊化設(shè)計的流量控制閥，能夠集成塊或板式安裝。對稱的雙線圈、四氣隙、力矩馬達(dá)通過6個螺訂與第一級噴嘴擋板先導(dǎo)閥連接。第二級采用帶有機械零位調(diào)整的四通滑閥和閥套結(jié)構(gòu)。閥芯位置通過反饋桿反饋到第一級。一個集成式35μm(絕對)的過濾器保護(hù)第一級免遭污染。SM4伺服閥與液壓缸、位置傳感器和相應(yīng)的電路組合，便能夠?qū)崿F(xiàn)液壓缸位置的無級控制，精度達(dá)到0.025mm(0.001inch)或更高(取決于選擇的元件、行程長度和負(fù)載特性)。SM4伺服閥與液壓伺服馬達(dá)、轉(zhuǎn)速計和相應(yīng)的電路組合，便能夠?qū)崿F(xiàn)比例流量的無級控制，在速度／加速度曲線實時控制中，可保證閉環(huán)誤差小于每分鐘1/10轉(zhuǎn)。SM4與壓力／力傳感器、液壓缸以及壓力控制電路組合，便能夠?qū)崿F(xiàn)精確的壓力／力控制，系統(tǒng)最佳穩(wěn)定性可達(dá)到壓力和負(fù)載量程的1%。特征和優(yōu)點：1.SM4系列的大范圍流量輸出能力確保用戶得到最合適的型號。2.SM4-40(-10設(shè)計)伺服閥的第二級閥體采用高強度的鋁合金，確保更輕更耐用。3.SM4-40(-50設(shè)計)伺服閥的閥體和端蓋采用特制的不銹鋼，確保工作壓力達(dá)到350bar(5000psi)。4.威格士伺服閥中的對稱式雙線圈、四氣隙、干式力矩馬達(dá)，對輸入信號有極快的響應(yīng)能力，能產(chǎn)生精確的控制曲線。5.更高的頻率響應(yīng)(按用戶定制)，能加大系統(tǒng)的帶寬，滿足更高的性能要求。集成式35μm(絕對)過濾器保護(hù)第一級免遭污染。6.閥芯和閥套采用淬火不銹鋼，減少磨損和腐蝕。安裝在閥套上的O-形圈避免閥芯咬合，確保平穩(wěn)工作。7.用戶定制的閥芯遮蓋和閥套開口可以滿足特殊用途的流量控制要求。SM4的對稱設(shè)計，實現(xiàn)了用最小的零位偏移實現(xiàn)對流量可靠的節(jié)流，使機器的工作更加協(xié)調(diào)。8.Viton*密封件是標(biāo)準(zhǔn)件。9.標(biāo)準(zhǔn)油口分布圓、安裝方式和過渡板的靈活性，使得威格士伺服閥成為替代現(xiàn)有伺服閥和改進(jìn)現(xiàn)有系統(tǒng)時的成本有效的選擇。10.SM4-40能夠簡便的與雙過濾器模塊連接，更有效地保護(hù)先導(dǎo)級免遭污染。在安裝SM4之前，利用沖洗閥可以極大的降低系統(tǒng)最初的污染度。SM4-40伺服閥剖視圖如圖3.7所示：圖3.7SM4-40伺服閥剖視圖SM4-40伺服閥性能參數(shù)如表3.4所示：表3.4SM4-40伺服閥性能參數(shù)流量增益：標(biāo)準(zhǔn)型的正常區(qū)，所示的典型無載流量增益公差不包括滯環(huán)。如圖3.8所示。圖3.8SM4-40伺服閥流量增益圖壓力增益：當(dāng)沒有閥流量且控制油口關(guān)閉時，負(fù)載壓降隨輸入電流的變化。零位壓力增益是>30%的供油壓力下，每1%的額定電流。如圖3.9所示。圖3.9SM4-40伺服閥壓力增益圖控制流量從B口流出時的電氣極性如圖3.10所示。圖3.10SM4-40伺服閥電氣極性性能曲線頻率響應(yīng)：頻率響應(yīng)定義為正弦電流以恒定的振幅在某一頻率范圍上掃頻時，無載控制流量與輸入電流的關(guān)系，表達(dá)成頻率(Hz)，振幅比(dB)和相位移(度)。如樣本曲線如圖3.11所示，伺服閥頻率響應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)對比點是出現(xiàn)-3dB振幅比和90相位移的頻率。威格士SM4力矩馬達(dá)經(jīng)磁性穩(wěn)定化確保在工作壓力為14-350bar(200-5000psi)時有可靠的伺服閥性能。圖3.11SM4-40伺服閥頻率響應(yīng)曲線階躍響應(yīng)：階躍響應(yīng)定義為輸出流量達(dá)到控制流量輸出的一個百分?jǐn)?shù)的典型飛升時間。過渡過程時間是指瞬態(tài)流量的波動衰減到指定精度范圍內(nèi)所需時間，兩者均用ms表達(dá)。圖3.12是臨界阻尼閥和欠阻尼閥的階躍響應(yīng)曲線。圖中注明，飛升時間是輸出流量達(dá)到控制流量輸出的63％所需的時間，過渡過程時間則是達(dá)到控制流量輸出的100±5％的時間。圖3.12臨界阻尼閥和欠阻尼閥的階躍響應(yīng)曲線3.4日本三菱公司3.4.1公司簡介1870年，由土佐省政府建立的一家小型船務(wù)和貿(mào)易公司“九十九商會”選用了一面有三個菱形的旗幟作為它的船隊的標(biāo)志。三年后，這家公司的名稱改為“三菱商會”以符合這個顯眼的標(biāo)記。1893年，由于《貿(mào)易法》的修訂，三菱株式會社（“三菱股份有限公司”）于此成立。它著手在廣泛的領(lǐng)域內(nèi)樹立信譽，這些領(lǐng)域包括造船、鋼鐵、銀行、采礦、保險和貿(mào)易等。1918年，三菱株式會社的貿(mào)易部重新改組，成為獨立的“三菱商事會社”（三菱貿(mào)易公司）。從1918年到1945年三菱商事會社隨著日本日益繁榮的國際貿(mào)易，使它的業(yè)務(wù)多樣化。在此期間，這個不斷發(fā)展的企業(yè)變成了“三菱精神”的搖籃，這種精神態(tài)度反映在三條原則上：“企業(yè)對社會負(fù)有責(zé)任”、“誠實”和“以貿(mào)易促進(jìn)國際間的溝通”，這個宗旨直到今日還繼續(xù)是三菱商事制定方針的依據(jù)。第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，三菱商事會社把它的業(yè)務(wù)分散給100多個獨立的企業(yè)，后來，經(jīng)過數(shù)次合并終于在1954年，成立了三菱商事——綜合商社，也就是今天三菱商事的前身。MK系列電液伺服閥是一種較為新型的力馬達(dá)驅(qū)動全電反饋兩級滑閥控制電液伺服閥，可有效保證液壓控制系統(tǒng)的先進(jìn)性和可靠性[6]。MK閥分直動式伺服閥和兩級伺服閥兩種形式。它們分別與位置傳感器、傳感器放大器及伺服放大器構(gòu)成全電反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。3.4.2MK閥介紹（1）直動式MK閥的結(jié)構(gòu)直動式MK閥的結(jié)構(gòu)如圖3.13所示，主要由三部分組成，即力馬達(dá)部分、閥體部分、位移傳感器部分。電氣元件部分是干式的。動圈運動時直接推動閥芯位移，閥芯的位移由位移傳感器檢測出并反饋回輸入端，形成電氣反饋。直動式的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，電氣反饋使結(jié)構(gòu)更為簡單化，從而使可靠性提高。力馬達(dá)是在由磁極和導(dǎo)磁體所構(gòu)成的氣隙磁場內(nèi)，放置著有電流流過的線圈，載流線圈在磁場中所產(chǎn)生的電磁力推動線圈運動，線圈運動又直接推動閥芯運動。在載流線圈與磁鐵之間填充具有冷卻與潤滑及增強導(dǎo)磁性作用的磁流體(稠性流體)，以增強力馬達(dá)的性能。MK系列直動式伺服閥的主要產(chǎn)品型號性能參數(shù)如表3.5所示。圖3.13直動式MK閥的結(jié)構(gòu)圖表3.5MK直動式伺服閥產(chǎn)品型號和性能參數(shù)型號MK-1.5、MK-5、MK-15等額定流量（在壓差6.78MPa時）7.8~56.7L/min額定電流3.5A額定工作壓力34.5MPa內(nèi)泄量0.8～2.IL/min頻率特性A-3dB>300Hz;φ-90°>300Hz（2）兩級MK閥的結(jié)構(gòu)兩級MK閥的結(jié)構(gòu)如圖3.14所示。以直動式MK閥為先導(dǎo)閥，用以控制驅(qū)動第二級主閥芯，第二級閥又稱為主閥。主閥芯與差動變壓器式位移傳感器的鐵芯連接。主閥芯的運動通過此位移傳感器轉(zhuǎn)換成與位移量成比例的電信號，這電信號反饋回輸入端形成兩級電反饋。在主閥與先導(dǎo)閥之間設(shè)計了減壓閥，減壓閥可以保證給先導(dǎo)閥提供穩(wěn)定的供油壓力。與以往的噴嘴擋板式兩級伺服閥相比，MK閥為全電反饋兩級閥。沒有彈簧反饋桿和小球，機械結(jié)構(gòu)簡單，也不會產(chǎn)生因小球長期工作磨損而帶來的閥振蕩。MK閥的先導(dǎo)閥采用滑閥比噴嘴擋板閥抗污染能力強，工作更穩(wěn)定可靠。圖3.14兩級MK閥的結(jié)構(gòu)圖和兩級式伺服閥的主要產(chǎn)品型號和性能參數(shù)分別如表3.6所示。表3.6MK兩級式伺服閥產(chǎn)品型號和性能參數(shù)型號MK-30、MK-40、MK-60、MK-100、MK-200、MK-250額定流量（在壓差6.78MPa時）114～945L/min額定電流3.5A額定工作壓力34.5MPa內(nèi)泄量3.1～8.3L/min頻率特性MK-30、MK-40、MK-60為A-3dB>200Hz;φ-90°>200Hz；MK-100、MK-200、MK-250為A-3dB>100Hz;φ-90°>100Hz四．國內(nèi)外電液伺服閥對比分析目前國內(nèi)生產(chǎn)伺服閥的廠家大部分以噴嘴擋板式為主。生產(chǎn)射流管式伺服閥形成規(guī)模及系列的只有九江中船儀表有限責(zé)任公司（四四一廠）和中國船舶重工集團(tuán)公司第七O四研究所。國外情況亦類似，原專業(yè)生產(chǎn)射流管式伺服閥的廠家美國Abex公司也已被Park公司所吞并。然而，由于射流管式伺服閥具有抗污染性能好、高可靠性、高分辨率等特點。有些生產(chǎn)廠家也在研制或已推出自己的射流管式產(chǎn)品，如航空工業(yè)總公司第六O九研究所、中國運載火箭技術(shù)研究院第十八研究所、美國Moog公司及俄羅斯的有關(guān)廠家等。美國Moog公司還在2006年7月召開了產(chǎn)品推廣會，推出了射流管式的D660系列產(chǎn)品，并認(rèn)為該產(chǎn)品代表了今后伺服閥的發(fā)展趨勢。當(dāng)前國內(nèi)在研究、生產(chǎn)及使用伺服閥方面雖然形成了一定的規(guī)模。然而生產(chǎn)的產(chǎn)品主要用于航空、航天、艦船等軍品領(lǐng)域，在民品市場占有率不大。同時由于各生產(chǎn)單位各自為戰(zhàn)、缺少合作、力量分散，很不利于伺服閥的進(jìn)一步發(fā)展，也無法形成強大的競爭力與國外產(chǎn)品進(jìn)行競爭?，F(xiàn)國外產(chǎn)品在國內(nèi)市場占有率最大的為Moog公司，它的產(chǎn)品占據(jù)了國內(nèi)絕大部分的民品市場。伺服閥的結(jié)構(gòu)改進(jìn)：（1）在電液伺服閥的部分結(jié)構(gòu)上，主要從余度技術(shù)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化和材料的更替等方面進(jìn)行改造，以提高相關(guān)性能。采用三余度技術(shù)的電液伺服作動系統(tǒng)將伺服閥的力矩馬達(dá)、噴嘴擋板閥、系統(tǒng)的反饋元件等做成一式三份，若伺服閥線圈有一路斷開，而系統(tǒng)仍能夠正常工作，且有系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)性能基本不變，從而提高了伺服作動系統(tǒng)的可靠性和容錯能力。在結(jié)構(gòu)的改進(jìn)上，針對閥出現(xiàn)的故障提出改進(jìn)措施，進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以滿足其相關(guān)性能的要求。從材料方面考慮，閥的某些元件采用了強度、塑性、韌性、硬度等機械性能優(yōu)良的材料，既可以減少故障，又讓閥具備良好的動態(tài)性能。從閥芯和閥套磨配加工工藝的改進(jìn)上，采用不同的磨配原理，如磁力研磨法等原理來提高閥的工作性能。閥芯和閥套組成的滑閥副是伺服閥的核心，閥套窗口棱邊的幾何精度決定了閥的工作性能。在閥芯加工最后磨配端面時，不能直接獲得尖銳的棱邊，而是在棱邊處產(chǎn)生“毛刺”，然后采取措施加以去除。（3）利用優(yōu)質(zhì)材料進(jìn)行伺服閥裝配。由于伺服閥的銜鐵組件裝配是屬薄壁件與細(xì)長桿裝配，壓裝力稍大時，易產(chǎn)生使工件變形或裝配尺寸壓不到位的抱死現(xiàn)象。噴嘴體與對應(yīng)孔壓裝軸向壓裝力大，噴嘴體常出現(xiàn)打壓滲漏油、壓力竄動、跳躍現(xiàn)象[7]。4.1國內(nèi)電液伺服閥對比分析目前國內(nèi)的電液伺服閥生產(chǎn)廠家主要有：北京航空航天電液伺服閥技術(shù)中心、中國航空工業(yè)第六零九研究所、中國運載火箭技術(shù)研究院第十八研究所、中國船舶重工集團(tuán)公司（704研究所）、九江中船儀表有限責(zé)任公司、陜西秦峰、北京治金液壓機械廠、中國航空精密機械研究所（303研究所）、北京機床所精密機電有限公司、九江儀表廠、航空工業(yè)總公司618研究所、上海航天控制工程研究所等。本文主要對北京航空航天電液伺服閥技術(shù)中心、中國航空工業(yè)第六零九研究所、九江中船儀表有限責(zé)任公司（四四一廠）和中國運載火箭技術(shù)研究院第十八研究所的電液伺服閥產(chǎn)品進(jìn)行了分析、搜集和調(diào)研。國內(nèi)公司電液伺服閥性能比較如表4.1所示。表4.1國內(nèi)公司電液伺服閥性能比較公司類型性能參數(shù)北京航空航天公司中國航空工業(yè)第六零九研究所九江中船儀表有限責(zé)任公司中國運載火箭技術(shù)研究院第十八研究所電液伺服閥型號LDY6FF系列CDY1/CDY2SFL22系列最高供油壓（MPA）31.5287031.5頻率（HZ）60-10010890工作油液溫度（℃）-40~125-30~100-40~85滯環(huán)[%]<3<3<3<4零偏[%]<±<±3<±3<±4分辨率[%]<0.5<1<1<14.2國外電液伺服閥對比分析國外的電液伺服生產(chǎn)公司主要有ABEX、Parker（派克）、VICKERS（威格士）、MOOG（穆格）、NorthAmerican(北美）、意大利ATOS(阿托斯)、德國Haenchen（撼神）、Schneider(施耐德)、E+H（恩德思豪斯）、EMG、英國DOWTY（道蒂）、英國STAR、美國OILGEAR、TEAM、MTS、日本三菱KYB株式會社、TSS、DAIKIN（大金）、日本YUKEN（油研）、Nireco(尼利可)、KAWASADI（川崎重工）、俄羅斯“祖國設(shè)計局”沃斯霍得工廠等。本文主要對美國Moog（穆格）公司、德國Bosch公司、美國威格士（EatonVickers）公司和日本三菱公司進(jìn)行了分析、搜集和調(diào)研。國外公司電液伺服閥性能比較如表4.2所示表4.2國外公司電液伺服閥性能比較公司類型性能參數(shù)美國Moog（穆格）公司德國Bosch公司美國威格士（EatonVickers）公司日本三菱公司電液伺服閥型號G761三級電液伺服閥SM4-40MK最高供油壓（MPA）31.531.53534.5頻率（HZ）>100>100120>100工作油液溫度（℃）-45~135135滯環(huán)[%]<3<1<3<4零偏[%]<±2<±2.5<±3<±4分辨率[%]<0.5<0.5<1<1目前德國Bosch公司、美國威格士（EatonVickers）公司、和穆格（MOOG）公司和日本三菱公司均有成熟的伺服比例閥產(chǎn)品，其動態(tài)特性較普通比例閥大為改善，頻寬可達(dá)40~80Hz以上，并且可達(dá)到高穩(wěn)態(tài)控制精度。伺服比例閥解決了位置、力等要求無零位死區(qū)的閉環(huán)控制，所以可以方便地用于絕大部分的閉環(huán)系統(tǒng)。通過比較可得出如下結(jié)論：（1）通過以上四種電液伺服比例閥的性能比較以及前幾章的介紹可以得出，目前國外的該類產(chǎn)品普遍采用了伺服閥的閥芯閥套結(jié)構(gòu)，u級加工精度，滯環(huán)接近伺服閥，閥口零遮蓋，無零位死區(qū)，頻響接近于伺服閥，可以用于一般工業(yè)級液壓伺服閉環(huán)系統(tǒng)[8]；（2）常規(guī)電液伺服閥對油液清潔度要求為NAS6級，而電液伺服比例閥為NAS7級，閥前過濾精度為10~15um。因此，具有良好的抗污染能力及使用的可靠性；（3）鑒于電液伺服比例閥良好的性能和使用可靠性，可以對未來動態(tài)響應(yīng)頻率和控制精度要求不高的工業(yè)級液壓伺服系統(tǒng)考慮采用電液伺服比例閥替代“噴嘴—擋板式”電液伺服閥。4.3國內(nèi)外電液伺服閥技術(shù)差異電液比例和伺服控制技術(shù)是液壓技術(shù)的重要分支，也是自動控制技術(shù)的重要分支。自20世紀(jì)40年代末，在飛機上首先出現(xiàn)了電液伺服系統(tǒng)后，60年代，各類民用工程對電液控制技術(shù)的需求顯得更加廣泛和迫切。因此，電液伺服閥得到飛速發(fā)展。但我們必須面對一個事實即我國的電液伺服控制技術(shù)和國外有很大的差距。這些差距主要體現(xiàn)在伺服油缸與伺服閥兩個方面差異：第一：伺服油缸要求其密封性好、摩擦力小、質(zhì)量輕、剛度大。為了減小摩擦力，一些設(shè)備的支撐常采用靜壓支撐、動壓支撐、特殊涂層技術(shù)等。目前國內(nèi)已經(jīng)掌握靜壓支撐、動壓支撐技術(shù)，在許多設(shè)備上已經(jīng)應(yīng)用了這些技術(shù)。但在特殊涂層技術(shù)方面，國內(nèi)技術(shù)與國外先進(jìn)水平還相差甚遠(yuǎn)，有待進(jìn)一步的研究和提高。在減輕作動器質(zhì)量方面，國外大都是在選擇特殊材料方面下工夫，如荷蘭fcs公司采用鈦合金材料制做作動器。這種材料質(zhì)量輕，剛度大，是最理想的材料。國內(nèi)廠家目前還不具備這種條件。第二：伺服閥是伺服系統(tǒng)中的關(guān)鍵元件，是電液轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響到伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性。國外的一些廠家，為了滿足高頻響、大功率的要求，與專業(yè)的伺服閥生產(chǎn)廠家共同開發(fā)一些專用伺服閥。如美國mts公司與世界上最大的伺服閥生產(chǎn)公司MOOG聯(lián)合設(shè)計生產(chǎn)了許多特殊用途的伺服閥，如mts-257伺服閥頻率可達(dá)500hz。根據(jù)最新資料，目前mts公司已經(jīng)開發(fā)出頻響達(dá)到1000hz的伺服閥。國內(nèi)伺服閥的研究、生產(chǎn)和應(yīng)用主要集中在航天、航空領(lǐng)域而非民用，這也是局限國產(chǎn)電液伺服閥發(fā)展的一個重要原因。4.4國內(nèi)外電液伺服閥發(fā)展趨勢當(dāng)前，新型電液伺服閥技術(shù)的發(fā)展趨勢主要體現(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)字化技術(shù)與液壓技術(shù)的結(jié)合等幾方面[9]。電液伺服閥技術(shù)發(fā)展極大促進(jìn)了液壓控制技術(shù)的發(fā)展。1.新型結(jié)構(gòu)的設(shè)計在20世紀(jì)90年代，國外研制直動型電液伺服閥獲得了較大的成就。現(xiàn)形成系列產(chǎn)品的有Moog公司的D633、D634系列的直動閥、伊頓威格士（EatonVickers）公司的LFDC5V型、德國Bosch公司的NC10型、日本三菱及KYB株式會社合作開發(fā)的MK型閥及Moog公司與俄羅期沃斯霍得工廠合作研制的直動閥等。該類型的伺服閥去掉了一般伺服閥的前置級利用一個較大功率的力矩馬達(dá)直接拖動閥芯，并由一個高精度的閥芯位移傳感器作為反饋。該閥的最大特點是無前置級，提高了伺服閥的抗污染能力。同時由于去掉了許多難加工零件，降低了加工成本，可廣泛使用于工業(yè)伺服控制的場合。國內(nèi)有些單位如中國運載火箭技術(shù)研究院第十八研究所、北京機床研究所、浙江工業(yè)大學(xué)等單位也研制出了相關(guān)產(chǎn)品的樣機。特別是北京航空航天大學(xué)研制出轉(zhuǎn)閥式直動型電液伺服閥[10]。該伺服閥通過將普通伺服閥的滑閥滑動結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榛y的轉(zhuǎn)動，并在閥芯與閥套上相應(yīng)開了幾個與軸向有一定傾角的斜槽。閥芯閥套相互轉(zhuǎn)動時，斜槽相互開通或相互封閉，從而控制輸出壓力或流量。由于在工作時閥芯閥套是相互轉(zhuǎn)動的，降低了閥工作時的摩擦阻力，同時污染物不容易在轉(zhuǎn)動的滑閥內(nèi)堆積，提高了抗污染性能。此外，Park公司開發(fā)了“音圈驅(qū)動(VoiceCoilDrive)”技術(shù)（VCD），以及以此技術(shù)為基礎(chǔ)開發(fā)的DFplus控制閥。所謂音圈驅(qū)動技術(shù)，顧名思義，即是類似于揚聲器的一種驅(qū)動裝置，其基本結(jié)構(gòu)就是套在固定的圓柱形永久磁鐵上的移動線圈，當(dāng)信號電流輸入線圈時，在電磁效應(yīng)的作用下，線圈中產(chǎn)生與信號電流相對應(yīng)的軸向作用力控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，并驅(qū)動與線圈直接相連的閥芯運動，驅(qū)動力很大。線圈上內(nèi)置了位移反饋傳感器，因此，采用VCD驅(qū)動的DFplus閥本質(zhì)上是以閉環(huán)方式進(jìn)行控制的[11]，線性度相當(dāng)好。此外，由于VCD驅(qū)動器的運動零件只是移動線圈，慣量極小，相對運動的零件之間也沒有任何支承，DFplus閥的全部支承就是閥芯和閥體間的配合面，大大減小了摩擦這一非線性因素對控制品質(zhì)的影響。綜合上述的技術(shù)特點，配合內(nèi)置的數(shù)字控制模塊，使DFplus閥的控制性能佳，尤其在頻率響應(yīng)方面更是優(yōu)越，可達(dá)400Hz。從發(fā)展趨勢來看，新型直動型電液伺服閥在某些行業(yè)有替代傳統(tǒng)伺服閥特別是噴嘴擋板式伺服閥的趨向，但它的最大問題在于體積大、重量重，只適用于對場地要求較低的工業(yè)伺服控制場合。如能減輕其重量、減小其體積，在航空、航天等軍工行業(yè)亦具有極大的發(fā)展?jié)摿ΑＡ硗?，近年來伺服閥新型的驅(qū)動方式除了力矩馬達(dá)直接驅(qū)動外，還出現(xiàn)了采用步進(jìn)電機、伺服電機、新型電磁鐵等驅(qū)動結(jié)構(gòu)以及光-液直接轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的伺服閥。這些新技術(shù)的應(yīng)用不僅提高了伺服閥的性能，而且為伺服閥發(fā)展開拓了思路，為電液伺服閥技術(shù)注入了新的活力。2.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)。它們各具有其自己的優(yōu)良特性[12]。壓電元件壓電元件的特點是“壓電效應(yīng)”：在一定的電場作用下會產(chǎn)生外形尺寸的變化，在一定范圍內(nèi)，形變與電場強度成正比。壓電元件的主要材料為壓電陶瓷（PZT）、電致伸縮材料（PMN）等。比較典型的壓電陶瓷材料有日本TOKIN公司的疊堆型壓電伸縮陶瓷等。PZT直動式伺服閥的原理是：在閥芯兩端通過鋼球分別與兩塊多層壓電元件相連。通過壓電效應(yīng)使壓電材料產(chǎn)生伸縮驅(qū)動閥芯移動。實現(xiàn)電-機械轉(zhuǎn)換。PMN噴嘴擋板式伺服閥則在噴嘴處設(shè)置一與壓電疊堆固定連接的擋板，由壓電疊堆的伸、縮實現(xiàn)擋板與噴嘴間的間隙增減，使閥芯兩端產(chǎn)生壓差推動閥芯移動。目前壓電式電-機械轉(zhuǎn)換器的研制比較成熟并已得到較廣泛的應(yīng)用。它具有頻率響應(yīng)快的特點控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，伺服閥頻寬甚至能達(dá)到上千赫茲，但亦有滯環(huán)大、易漂移等缺點，制約了壓電元件在電液伺服閥上的進(jìn)一步應(yīng)用。超磁致伸縮材料超磁致伸縮材料（GMM）與傳統(tǒng)的磁致伸縮材料相比，在磁場的作用下能產(chǎn)生大得多的長度或體積變化。利用GMM轉(zhuǎn)換器研制的直動型伺服閥是把GMM轉(zhuǎn)換器與閥芯相連，通過控制驅(qū)動線圈的電流，驅(qū)動GMM的伸縮，帶動閥芯產(chǎn)生位移從而控制伺服閥輸出流量。該閥與傳統(tǒng)伺服閥相比不僅有頻率響應(yīng)高的特點，而且具有精度高、結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點[13]。目前，在GMM的研制及應(yīng)用方面，美國、瑞典和日本等國處于領(lǐng)先水平。國內(nèi)浙江大學(xué)利用GMM技術(shù)對氣動噴嘴擋板閥和內(nèi)燃機燃料噴射系統(tǒng)的高速強力電磁閥，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計和特性研究。從目前情況來看GMM材料與壓電材料和傳統(tǒng)磁致伸縮材料相比，具有應(yīng)變大、能量密度高、響應(yīng)速度快、輸出力大等特點。世界各國對GMM電-機械轉(zhuǎn)換器及相關(guān)的技術(shù)研究相當(dāng)重視，GMM技術(shù)水平快速發(fā)展，已由實驗室研制階段逐步進(jìn)入市場開發(fā)階段。今后還需解決GMM的熱變形、磁晶各向異性、材料腐蝕性及制造工藝、參數(shù)匹配等方面的問題以利于在高科技領(lǐng)域得到廣泛運用。形狀記憶合金形狀記憶合金（SMA）的特點是具有形狀記憶效應(yīng)。將其在高溫下定型后，冷卻到低溫狀態(tài)，對其施加外力。一般金屬在超過其彈性變形后會發(fā)生永久變形，而SMA卻在將其加熱到某一溫度之上后，會恢復(fù)其原來高溫下的形狀。利用其特性研制的伺服閥是在閥芯兩端加一組由形狀記憶合金繞制的SMA執(zhí)行器，通過加熱和冷卻的方法來驅(qū)動SMA執(zhí)行器，使閥芯兩端的形狀記憶合金伸長或收縮，驅(qū)動閥芯作用移動，同時加入位置反饋來提高伺服閥的控制性能。從該閥的情況來看，SMA雖變形量大，但其響應(yīng)速度較慢，且變形不連續(xù)，也限制了其應(yīng)用范圍。與傳統(tǒng)伺服閥相比，采用新型材料的電-機械轉(zhuǎn)換器研制的伺服閥，普遍具有高頻響、高精度、結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點。雖然目前還各自呈在某些關(guān)鍵技術(shù)需要解決，但新型功能材料的應(yīng)用和發(fā)展，給電液伺服閥的技術(shù)發(fā)展發(fā)展提供了新的途徑。3.電子化、數(shù)字化技術(shù)的運用目前電子化、數(shù)字化技術(shù)在電液伺服閥技術(shù)上的運用主要有兩種方式：其一，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。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，可把控制元器件安裝在閥體內(nèi)部，通過計算機程序來控制閥的性能，實現(xiàn)數(shù)字化補償?shù)裙δ?。但存在模擬電路容易產(chǎn)生零漂、溫漂，需加D/A轉(zhuǎn)換接口等問題。其二，為直動式數(shù)字控制閥。通過用步進(jìn)電機驅(qū)動閥芯，將輸入信號轉(zhuǎn)化成電機的步進(jìn)信號來控制伺服閥的流量輸出。該閥具有結(jié)構(gòu)緊湊、速度及位置開環(huán)可控及可直接數(shù)字控制等優(yōu)點，被廣泛使用。但在實時性控制要求較高的場合，如按常規(guī)的步進(jìn)方法，無法兼顧量化精度及響應(yīng)速度的要求。浙江工業(yè)大學(xué)采用了連續(xù)跟蹤控制的辦法，消除了兩者之間的矛盾，獲得了良好的動態(tài)特性。此外還有通過直流力矩電機直接驅(qū)動閥芯來實現(xiàn)數(shù)字控制等多種控制方式或伺服閥結(jié)構(gòu)改變等方法來形成眾多的數(shù)字化伺服閥產(chǎn)品。隨著各項技術(shù)水平的發(fā)展，通過采用新型的傳感器和計算機技術(shù)研制出機械、電子、傳感器及計算機自我管理（故障診斷、故障排除）為一體的智能化新型伺服閥。該類伺服閥可按照系統(tǒng)的需要來確定控制目標(biāo)：速度、位置、加速度、力或壓力[14]。同一臺伺服閥可以根據(jù)控制要求設(shè)置成流量控制伺服閥、壓力控制伺服閥或流量/壓力復(fù)合控制伺服閥。并且伺服閥的控制參數(shù)，如流量增益、流量增益特性、零點等都可以根據(jù)控制性能最優(yōu)化原則進(jìn)行設(shè)置。伺服閥自身的診斷信息、關(guān)鍵控制參數(shù)（包括工作環(huán)境參數(shù)和伺服閥內(nèi)部參數(shù)）可以及時反饋給主控制器；可以遠(yuǎn)距離對伺服閥進(jìn)行監(jiān)控、診斷和遙控。在主機調(diào)試期間控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，可以通過總線端口下載或直接由上位機設(shè)置伺服閥的控制參數(shù)，使伺服閥與控制系統(tǒng)達(dá)到最佳匹配，優(yōu)化控制性能[15]。而伺服閥控制參數(shù)的下載和更新，甚至在主機運轉(zhuǎn)時也能進(jìn)行。而在伺服閥與控制系統(tǒng)相匹配的技術(shù)應(yīng)用發(fā)展中，嵌入式技術(shù)對于伺服閥已經(jīng)成為現(xiàn)實。按照嵌入式系統(tǒng)應(yīng)定義為：“嵌入到對像體系中的專用計算機系統(tǒng)”。“嵌入性”、“專用性”與“計算機系統(tǒng)”是嵌入式系統(tǒng)的三個基本要素。它是在傳統(tǒng)的伺服閥中嵌入專用的微處理芯片和相應(yīng)的控制系統(tǒng)，針對客戶的具體應(yīng)用要求而構(gòu)建成具有最優(yōu)控制參數(shù)的伺服閥并由閥自身的控制系統(tǒng)完成相應(yīng)的控制任務(wù)（如各控制軸同步控制），再嵌入到整個的大液壓控制系統(tǒng)中去。從目前的技術(shù)發(fā)展和液壓控制系統(tǒng)對伺服閥的要求看控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，伺服閥的自診斷和自檢測功能應(yīng)該有更大的發(fā)展。參考文獻(xiàn)[1]李鵬.壓電驅(qū)動式雙噴嘴電液伺服閥的研究[D].吉林大學(xué),2004.05:3-4.[2]MatthewE.Kontz.HapticControlOfHydraulicMachineryUsingProportionalValves[D].theG.W.Woodruff.[3]李躍松,朱玉川,吳洪濤,田一松,牛世勇.電液伺服閥的研究現(xiàn)狀[J].航空兵器,2010,06:20-24.[4]康雙琦,江林秋.電液伺服閥的發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀分析[J].資治文摘(管理版),2009,05:194.[5]江金林.電液伺服閥動壓反饋特性及測試方法研究[D].華東理工大學(xué),2013.[6]吳泊寧,張小潔,王大智.引入反饋桿動剛度的電液伺服閥動力穩(wěn)定性研究[J].液壓與氣動,2009,03:70-72.[7]李言軍.電液伺服/比例放大器的研究[D].浙江大學(xué),2007.02:77-89.[8]方群,黃增.電液伺服閥的發(fā)展歷史、研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].機床與液壓,2007,11:162-165.[9]李其朋,丁凡.一種新型直動式電液伺服閥的研制[A].中國機械工程學(xué)會流體傳動與控制分會.中國機械工程學(xué)會流體傳動與控制分會第六屆全國流體傳動與控制學(xué)術(shù)會議論文集[C].中國機械工程學(xué)會流體傳動與控制分會:,2010:4.[10]王磊.電液伺服閥控制方法研究[J].黑龍江科技信息,2012,21:34.[11]王軍政.電液伺服閥控馬達(dá)速度閉環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究[J].北京理工大學(xué)學(xué)報,2002,02:184-187.[12]趙淳.直動式電液伺服閥的研究與應(yīng)用[J].液壓與氣動,2011,12:77-79.[13]ProportionalandServoValvetechnology.FulidPowerJournal,March/April2003:23-25.[14]SashiKumarGN,MahendraAK.ShapeOptimizationUsingHybridGA-ACOMethodandGrid-FreeCFDSolver[c].18thAIAAComputationalFluidDynamicsConference,Miam.June,2007:25-28.[15]陳彬,易孟林.電液伺服閥的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].液壓