原文作者：Peter Nachtwey

譯者：騰益登

液壓工程師應知道并理解伯德圖，以充分利用伺服閥的特性。

在運動控制中使用的伺服閥在產品手冊中都有伯德圖的描述。對于工程師的問題是，如何闡釋伯德圖所傳遞的信息。

基本的伯德圖繪制了兩條數據線：幅值特性曲線與相位曲線。兩條曲線都繪制成為頻率的函數。頻率在橫坐標上采用對數，單位用弧度每秒或赫茲（Hz）表達。大多數閥的伯德圖均采用對數頻率特性表達。

幅值或增益大小用分貝（db）測量，類似于音頻設備的頻率響應。分貝是使用對數公式計算的，但以線性比例繪制。

基本的公式如下：

將閥芯的實際幅值和相位與閥輸入信號的幅值和相位進行比較。信號發生器以不同的頻率將正弦波發送到伺服閥。隨著頻率的增加，閥芯的輸出正弦波幅值逐漸減小，相位延遲（以度為單位）增加。

將閥芯的輸出幅值與在0 Hz處的參考幅值進行比較。 輸入信號和閥芯響應之間的相位延遲也將作為頻率的函數進行測量。

閥體內的閥芯位置如何測量？伺服比例閥提供閥芯位置電壓反饋，比較容易獲得。

測試的油壓是多少？在多高壓力下，液動力會影響閥芯的運動？

這些問題的答案在伺服閥制造商的產品樣本中是無法找到了。這使得根據制造商的技術參數來比較各種閥的特性很不準確。

通常，伺服閥制造商會在增益下降至-3db時對閥進行評估，或者在90度的相位延遲下對閥進行評估。

該伯德圖顯示了用自然頻率為40 Hz，阻尼系數為0.5測試的閥的幅值大小和相位。在50 Hz附近，幅值下降到-3 db，相位延遲會增加到大約90°。

注意，幅值大約在15到30 Hz時增加到略高于0（單位增益）。 這是由于較低的阻尼系數。增益的“突變”隨著阻尼系數的增加而減小。

伺服閥的伯德圖顯示的相位與教科書的顯示方式不同。伺服閥伯德圖左下方顯示相位延遲為0，在右側開始增加。 但是，大多數教科書顯示相位延遲從左上角的0開始，到右遞減。

伺服閥制造商對伺服閥進行評級的方式有兩個困難。 -3db的標定不應用于估算伺服閥的真實響應。 在50 Hz時，?3db則意味著應該移動±1 mm的閥芯實際上只移動±0.707 mm。假設伺服閥是線性的，那將導致速度比理想值降低近30％。為了進行運動控制，最好使用幅值為0 db的頻率。在上面的示例中，該頻率約為30 Hz。

另一個問題是使用-90°作為運動控制延遲的標定。 這是因為執行器的速度由伺服閥控制，但是我們通常要控制的是位置。將速度積分到位置增加了90度相位延遲。 如果閥芯也增加了90度的相位延遲，則總和超過了180度。因為還必須包括其他小的相位延遲。

當相位延遲超過180度時，系統振蕩。 實際上，最好查看閥的相位延遲達到45度的頻率。 并將該值用作伺服閥的可用頻率響應。在上圖中，這發生在大約28 Hz。

許多伺服閥閥具有伯德圖，其中不止一條線代表增益和相位?？赡軙袃蓚€或三個曲線圖測量不同正弦波幅度下的響應。通常會有一個正弦波幅度的曲線圖，其中為輸入信號的5％。這些響應很好，但是人們不會購買額定流量為每分鐘100升的伺服閥，而只使用每分鐘5升的能力。但是，在進行壓力或力控制時了解5％的響應將很有幫助，因為伺服閥的壓力帶通常只有零點幾個百分點。當進行正常的點對點移動時，重要的是輸入在90-95％時的響應。

在設計位置伺服控制系統時，工程師需要查看并了解伺服閥的伯德圖，以便更好地估計控制閥的實際功能并避免不期望的意外。