瑞典林雪平大学讲义
原着 ：Karl-Erik Rydberg Professor, PhD
本节导读：伺服阀分类、单级阀
电液伺服阀是电液伺服系统中电气和机械液压的接口，这类阀把电气信号作为输入。电气信号通过各种反馈回路最终转换为成比例的机械或液压信号。
3.3.1 反馈类型
下图给出了不同反馈类型下的伺服阀流量-压力曲线。可以看出有三种类型的反馈，分别是阀芯位移反馈，负载压力反馈和负载流量反馈。普通的流量伺服阀，可广泛用于位置、速度和力伺服系统中，阀芯位移与指令信号成正比。这种类型的阀芯位移反馈，可以由不同的方式实现，比如直接的机械反馈。力反馈、或电气位移反馈。在力反馈伺服阀中，主阀芯位移通过弹簧转化为力，这个力与指令信号在力矩马达衔铁组件产生的力相平衡。（译者注：实际是力矩，而非力。指令信号通过线圈在衔铁组件上产生电磁力矩，主阀芯位移通过反馈杆产生一个机械力矩，两个力矩相平衡，衔铁组件处于平衡位置。）力反馈伺服阀如下图所示：
由于压力补偿，或者压力反馈，负载流量或负载压力与不断变化的指令信号成比例。然而，此类型伺服阀特别适合一些特殊应用场合，比如恒流量或者恒压控制系统。图3-5给出了以上伺服阀的流量-压力特性曲线：
图3-5 位移反馈、压力反馈和流量反馈的伺服阀的流量-压力特性曲线
也有一些伺服阀将不同的特性结合起来。（译者注：比如PQ阀）比如动压反馈伺服阀就是此类型。这种阀在低频时呈现位移反馈特性，在高频时呈现出压力反馈特性。这种性能在一些领域中是非常适用的，可以增加阀控系统的阻尼。
3.3.2 伺服阀的级数
伺服阀大致可以分为单级阀、两级阀和三级阀，单级阀由力矩马达或者力马达驱动阀芯。由于力矩马达或者力马达的功率有限，因而限制了单级阀的功率级。在某些应用中，单级阀也可能导致稳定性问题。
如果作用在滑阀上的液动力接近力矩马达或者力马达产生的作用力，则会出现这种情况。
液动力与流量和阀门压降的平方根成正比，它限制了单级阀的液压功率。
单级阀
由线性力马达组成的单级阀如图3-6所示。图中所示的伺服阀为一个仅由力马达（比例电磁铁）驱动阀芯的单级阀，可将阀芯驱动至阀芯的任意一侧。来自于位移传感器的反馈信号用于阀芯的闭环控制。此外，滑阀有一个“断电”位置(故障保护位)，当电磁铁没有通电时，偏置弹簧将滑阀完全推到右侧。或者在“断电”位置时，滑阀的四个油口PABT全都关死。在正常工作时，滑阀将在零位的任何一侧操作（译者注：滑阀在全行程内工作），但在电源故障或机器关机的情况下，阀芯将会停在“断电”位置。这种阀门的最大工作压力通常为350巴，最大流量小于80升/分钟（译者注：MOOG的D633伺服阀，流量大约为40升/min。这种阀虽然功率不大，但是没有固定节流孔和喷嘴，抗污染能力极强。非常适合工业应用）。
图3-6 带有电气位移反馈的单级阀 Vickers
图3-7显示了另一种带有线性力马达的单级伺服阀，该力马达可以使阀芯在弹簧中心的两侧方向上运动。与仅具有一个力方向的比例电磁阀相比，这是一个优势，如图3-6所示。该阀集成了阀芯位移闭环控制和脉宽调制（PWM）驱动功能。这允许设备进行直接控制，而无需使用额外的电子设备。图3-7中的伺服阀有一个很强壮的力马达（译者注：该阀为MOOGDDV伺服阀，力马达的输出力可达300-400N）。高弹簧刚度和由此产生的回复力以及外力（液动力和摩擦力）在阀芯移动时必须被克服。在阀芯回到零位的过程中，弹簧力和力马达的力加在一起使阀芯复位，此时弹簧力是额外的力，两个驱动力使阀芯对污染的敏感度降低。来自力马达的相对较高的力也意味着液动力对滑阀位置控制的影响非常小。这对于避免主要由液动力引起的液压阻尼减小的故障很重要。（译者注：阀芯主要受稳态液动力和瞬态液动力的影响。阀芯处于稳态位置时，主要受稳态液动力的影响，稳态液动力的方向指向阀芯复位的一侧。稳态液动力可以理解为复位弹簧，当阀芯处于某个开口位置时，稳态液动力将阀芯往零位的位置拉。因此对于单级阀，当流量大，压力高时，此时的稳态液动力也大，当大过力马达的力时，会使阀口关闭。阀芯在打开的过程中，主要受瞬态液动力的影响，瞬态液动力的方向和力马达的方向一致，会加速阀芯运动，如果瞬态液动力过大，会导致阀芯不受控而抖动）。
图3-7 带有电气位移反馈的单级阀 MOOG直驱阀（DDV）
下一节内容讲两级阀和三级阀。
