伺服閥
關(guān)注創(chuàng)建者：兵荒馬亂 創(chuàng)建時(shí)間：2021-02-11
伺服閥的實(shí)例教程
我們調(diào)查了所有知道的生產(chǎn)此類閥的制造商，并總結(jié)了產(chǎn)品最重要的特性。我們的目標(biāo)就是希望發(fā)現(xiàn)其中的不同。
為了找到工業(yè)實(shí)踐中對兩者應(yīng)用的不同，我們做了如下特征定義：
? 控制方式（先導(dǎo)或者直動(dòng)式）
? 頻率響應(yīng)
? 反饋方式，內(nèi)置還是外置
? 閥芯遮蓋
? 閥的用途（用于開環(huán)還是閉環(huán)控制）
? 控制精度
當(dāng)我們完成該課題的時(shí)候，只有一點(diǎn)能夠把兩者區(qū)分開來：閥芯的遮蓋量。這就形成了下面我們關(guān)于伺服閥和比例閥的定義。
伺服閥—任何連續(xù)變化的，電氣調(diào)節(jié)的方向控制閥且遮蓋量小于3%
比例閥—任何連續(xù)變化的，電氣調(diào)節(jié)的方向控制閥且遮蓋量大于3%
遮蓋示意圖
這些定義被集成在術(shù)語匯編里，并在項(xiàng)目結(jié)束后得以發(fā)布。牢記在心，我們也試圖在不同的工業(yè)場合介紹其術(shù)語。在那之后，只要有機(jī)會(huì)，我個(gè)人也在自己的課堂上，以及每一個(gè)NFPA和ISO會(huì)議上去介紹它。令我驚奇的是，反對之聲是如此之少。無論此時(shí)還是彼時(shí)，也有人會(huì)問我：那么，如果遮蓋量剛好是3%，又怎么定義？我的答案是：你自己挑吧。
我相信，問題應(yīng)是起源于當(dāng)人們開始使用術(shù)語伺服閥和比例閥的時(shí)候，而之前并沒有人去準(zhǔn)確定義。其結(jié)果就是，每一個(gè)具體閥，每個(gè)人都憑空造出來各種術(shù)語。這種對術(shù)語的定義，也許在某一個(gè)公司內(nèi)部，大家能夠達(dá)成一致。然而，在商業(yè)事務(wù)中，特別是國際業(yè)務(wù)，想要把伺服閥和比例閥兩者輕松區(qū)分開來并不容易。有時(shí)候，這甚至已經(jīng)不是技術(shù)的問題，而是宗教的問題了。
回到官方上來
制定10770-1的ISO工作組巧妙的回避了一些問題，因?yàn)樗麄冎溃瑺幷撚肋h(yuǎn)不會(huì)停止。但是，委員會(huì)又希望有一個(gè)文件，能同時(shí)覆蓋伺服閥和比例閥。但是，如果不先定義，你如何是好？可以明確的是，ISO希望把重點(diǎn)放在大家普遍能接受的觀點(diǎn)：比例閥比伺服閥有更小的壓差。
展開 伺服閥和比例閥越來越多的被用在精密控制的場合如船舶、航空、工業(yè)和移動(dòng)設(shè)備等。原因很簡單，他們具有良好的可控性。但是，它也有缺點(diǎn)，因?yàn)槠浒芏嘈阅芊矫娴恼f明和描述，必須研究才能知道如何正確使用。
兩個(gè)經(jīng)常弄錯(cuò)的誤區(qū)
伺服閥和比例閥的額定流量都是基于某一額定壓降來討論的。伺服閥的額定基準(zhǔn)壓降1000psi（7Mpa），而比例閥的額定基準(zhǔn)壓降145psi（1Mpa）。
比例閥壓降曲線示例。在選擇比例閥的時(shí)候，我們通常根據(jù)曲線1來選擇其流量能達(dá)到的能力范圍。
伺服閥壓降曲線示例。一般選擇伺服閥額定流量的時(shí)候，是查看壓差為70bar情況。
長期以來，人們在認(rèn)識(shí)上可能會(huì)有兩個(gè)誤區(qū)。一是大家一直以為比例閥額定流量壓降值更低，因此其比伺服閥更高效。第二個(gè)誤區(qū)是，額定流量是閥能夠工作的最大流量，不管負(fù)載如何變化，其值都是不變的。當(dāng)然，這些認(rèn)識(shí)和理解都是不對的，也是我們在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)當(dāng)避免的誤區(qū)。
伺服閥的歷史
伺服閥的額定流量基準(zhǔn)壓降是怎么來的？
伺服閥最早是應(yīng)用于航空軍事工業(yè)。大多數(shù)的航空液壓系統(tǒng)使用壓力補(bǔ)償泵，其壓力調(diào)至3000psi，而大多數(shù)的執(zhí)行器均為雙出桿液壓缸，也即活塞腔具有相同的面積。根據(jù)計(jì)算得知，從泵傳遞至負(fù)載的最大的功率效率發(fā)生在伺服閥壓降為系統(tǒng)壓力1/3處，而剩下的2/3可用于負(fù)載。這種簡單的關(guān)系使得計(jì)算和思考非常容易。因此對于3000psi的系統(tǒng)，可以簡單設(shè)計(jì)為2000psi用于負(fù)載，1000psi用于閥的壓降，這樣在新項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中，使用閥的時(shí)候無需再去做更多的計(jì)算。
這就是為什么在現(xiàn)有關(guān)于伺服閥的樣本中，額定流量都是基于壓降1000psi的來由。
但這帶來了3個(gè)問題。
展開 電液伺服閥是一個(gè)十分精密而又復(fù)雜的伺服控制元件，它的性能對整個(gè)系統(tǒng)的性能影響很大，因此測試要求十分嚴(yán)格。每一臺(tái)維修的伺服閥在出廠前必須嚴(yán)格按照MOOG伺服閥出廠測試標(biāo)準(zhǔn)，每一項(xiàng)測試指標(biāo)均在規(guī)格范圍內(nèi)，滿足使用要求之后，方可出廠。
許多小伙伴都對伺服閥的維護(hù)保養(yǎng)，報(bào)告解讀，接線等一系列問題頗感興趣。針對大家的需求，穆格售后應(yīng)用團(tuán)隊(duì)將推出一系列知識(shí)分享文章，幫助大家更好的了解這個(gè)工作中的“好伙伴”。
MOOG伺服閥的種類和型號(hào)比較多，但主要的測試項(xiàng)目幾乎相同，只是性能指標(biāo)參數(shù)范圍有所區(qū)別。我們將分兩期，結(jié)合典型的機(jī)械反饋伺服閥G761和電反饋伺服閥D661維修出廠測試報(bào)告，對伺服閥測試項(xiàng)目中的一些專業(yè)術(shù)語進(jìn)行解釋和說明，方便大家看懂維修測試報(bào)告。
展開 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(cè)開始增加。 但是，大多數(shù)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(jìn)行評級的方式有兩個(gè)困難。 -3db的標(biāo)定不應(yīng)用于估算伺服閥的真實(shí)響應(yīng)。 在50 Hz時(shí)，?3db則意味著應(yīng)該移動(dòng)±1 mm的閥芯實(shí)際上只移動(dòng)±0.707 mm。假設(shè)伺服閥是線性的，那將導(dǎo)致速度比理想值降低近30％。為了進(jìn)行運(yùn)動(dòng)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(gè)問題是使用-90°作為運(yùn)動(dòng)控制延遲的標(biāo)定。 這是因?yàn)閳?zhí)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?yàn)檫€必須包括其他小的相位延遲。
當(dāng)相位延遲超過180度時(shí)，系統(tǒng)振蕩。 實(shí)際上，最好查看閥的相位延遲達(dá)到45度的頻率。 并將該值用作伺服閥的可用頻率響應(yīng)。在上圖中，這發(fā)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。可能會(huì)有兩個(gè)或三個(gè)曲線圖測量不同正弦波幅度下的響應(yīng)。通常會(huì)有一個(gè)正弦波幅度的曲線圖，其中為輸入信號(hào)的5％。這些響應(yīng)很好，但是人們不會(huì)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(jìn)行壓力或力控制時(shí)了解5％的響應(yīng)將很有幫助，因?yàn)?em>伺服閥的壓力帶通常只有零點(diǎn)幾個(gè)百分點(diǎn)。當(dāng)進(jìn)行正常的點(diǎn)對點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，重要的是輸入在90-95％時(shí)的響應(yīng)。
在設(shè)計(jì)位置伺服控制系統(tǒng)時(shí)，工程師需要查看并了解伺服閥的伯德圖，以便更好地估計(jì)控制閥的實(shí)際功能并避免不期望的意外。
展開 液壓油缸固有角頻率計(jì)算
式中：
K，液壓彈簧剛度
m，油缸質(zhì)量系統(tǒng)，考慮等效值，此處為900Kg
β，液壓體積彈性模量，取值1.4x 109Pa
A，油缸活塞腔有效環(huán)形作用面積，此處為1.53x 10-3m2
V，油缸的總?cè)莘e，V = A * H = 6.12 x 10-4 m3
液壓缸自然頻率計(jì)算
Step 5：選擇合適的比例/伺服閥
選擇伺服閥時(shí)，我們需要考慮所用的伺服閥是用在什么樣的控制系統(tǒng)，是位置/速度控制，還是力/壓力控制？或者兩者有之？
如果是位置和速度控制，我們這樣選擇伺服閥：
伺服閥規(guī)格不宜過大，實(shí)際流量越接近額定流量越好
伺服閥的頻寬應(yīng)該在液壓油缸自然頻率的3倍以上。
盡量減少閥與油缸之間的油液堆積比如減少管路，從而提高液壓缸剛度極其頻率（參考剛度計(jì)算公式來理解），如可以把比例/伺服閥集成在油缸上。
如果是力/壓力控制，我們這樣選擇伺服閥：
伺服閥規(guī)格不宜過大，實(shí)際流量越接近額定流量越好
伺服閥的頻寬應(yīng)該在液壓油缸自然頻率的3倍以上。如果頻率更高，系統(tǒng)穩(wěn)定更好，更有利于做閉環(huán)控制。
對于閥與油缸之間的油液容積多少?zèng)]有嚴(yán)格限制。反而多一些，對控制更好。
選頻率
基于上述原則，此處選擇的伺服閥頻率應(yīng)該在：25 * 3 = 75Hz 以上，并按25%信號(hào)考慮（假定可以滿足工作的大部分區(qū)域）。
選流量
根據(jù)前面的計(jì)算得知，閥的實(shí)際負(fù)載所需流量為：18.4L/min。
展開 
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伺服閥的最新內(nèi)容
在工業(yè)自動(dòng)化、航空航天及精密測試領(lǐng)域，流體控制系統(tǒng)的核心往往決定了整個(gè)設(shè)備的精度與響應(yīng)速度，面對市場上琳瑯滿目的閥門產(chǎn)品，很多工程師在選型時(shí)都會(huì)面臨一個(gè)關(guān)鍵問題：伺服高壓比例閥與其他類型（如普通電磁閥、開關(guān)閥）相比，究竟具備怎樣的性能優(yōu)勢？ 作為全球領(lǐng)先的流體控制技術(shù)供應(yīng)商，IMI Norgren（諾冠） 憑借深厚的技術(shù)積淀，為您詳細(xì)講解伺服高壓比例閥的卓越性能。
如何調(diào)試伺服總線閥島？6個(gè)月前
伺服總線閥島作為氣動(dòng)控制的核心組件，承擔(dān)著精準(zhǔn)控制氣缸、執(zhí)行器等終端設(shè)備的重要任務(wù)，然而面對復(fù)雜的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境和多樣化的控制協(xié)議，如何高效、準(zhǔn)確地調(diào)試伺服總線閥島，成為眾多工程師關(guān)注的焦點(diǎn)，作為全球領(lǐng)先的氣動(dòng)與流體控制解決方案供應(yīng)商，埃邁諾冠（IMI Norgren）憑借數(shù)十年的技術(shù)積累與產(chǎn)品創(chuàng)新，為用戶提供了一整套標(biāo)準(zhǔn)化、智能化的調(diào)試流程與工具，顯著提升系統(tǒng)集成效率與運(yùn)行穩(wěn)定性。
該誤差乘以一個(gè)增益后的信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)伺服閥。另一個(gè)工作循環(huán)通過位移傳感器對液壓缸施加一個(gè)外負(fù)載。
2.2 模型的建立與運(yùn)行
(1）搭建模型
在AMESim草圖模式下，運(yùn)用液壓庫提供的液壓泵和溢流閥組、機(jī)械庫和信號(hào)控制庫組建液壓缸位置控制系統(tǒng)的仿真模型，如圖1所示。
1.7.3 液壓智能元件的硬軟件生態(tài)系統(tǒng)
1）液壓高速開關(guān)閥或比例伺服閥是液壓硬件基礎(chǔ)
液壓智能元件必須具有電液轉(zhuǎn)換裝置如比例電磁鐵、高速開關(guān)電磁鐵、步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)等，將電的控制轉(zhuǎn)換成用于控制液壓執(zhí)行結(jié)構(gòu)的動(dòng)力。智能功能一定是在元件的數(shù)字功能基礎(chǔ)上形成，目的是在采用微處理器時(shí)，沒有任何A/D或D/A轉(zhuǎn)換是最節(jié)省時(shí)間的。因此液壓智能元件最好是在液壓數(shù)字元件的基礎(chǔ)上發(fā)展。
[2]姚坤杉.基于電液伺服閥的液壓系統(tǒng)控制器的研究[D].鎮(zhèn)江:江蘇科技大學(xué),2019.
文章來源中國機(jī)械雜志
伺服閥
同步回路：
用位移傳感器來檢測兩個(gè)缸的位置誤差，用伺服閥控制糾正誤差調(diào)整所需的流量，這是一種帶反饋的閉環(huán)同步控制回路，液壓缸的位置誤差會(huì)產(chǎn)生活動(dòng)部件傾斜，用位移傳感器檢測鋼帶活動(dòng)端位置，h值的變化，經(jīng)過放大器比較后再反饋到伺服閥，實(shí)現(xiàn)缸的位置同步。這種帶反饋的閉環(huán)同步控制回路可以得到很好的同步精度。
增壓由增壓蓄能器 3 和增壓器 2 實(shí)現(xiàn)，由于實(shí)時(shí)壓射控制系統(tǒng)要求執(zhí)行機(jī)構(gòu)具備快速的響應(yīng)能力，所以液壓閥選用電液伺服閥。壓射過程一般分為壓射階段、增壓階段和保壓階段 3 個(gè)階段，其工作原理如下。
隨著在液壓系統(tǒng)中各種精密閥塊如比例閥、伺服閥大量的使用。注塑系統(tǒng)對于油液精度的要求越來越高,根據(jù)國內(nèi)外統(tǒng)計(jì)資料表明，液壓系統(tǒng)的故障大約有70％~80％是由于液壓介質(zhì)受污染所引起的。這種故障在使用了比例閥及伺服閥后更加明顯。
如圖8所示，該工況下伺服閥啟停的瞬間壓力波動(dòng)巨大，達(dá)到5 MPa以上，引發(fā)巨大的沖擊噪聲。當(dāng)流量控制閥的閥芯開度變化時(shí)間tt小于壓力沖擊波在管道往復(fù)所需時(shí)間TT時(shí)，產(chǎn)生直接液壓沖擊；當(dāng)tt≥TT時(shí)，產(chǎn)生間接液壓沖擊。
圖 8 伺服閥啟停引起的液壓沖擊
Figure 8.
同時(shí)，AMESim液壓系統(tǒng)模型中的電磁閥接收狀態(tài)機(jī)指令（對應(yīng)解鎖信號(hào)為0或1）控制模態(tài)選擇閥換向，伺服閥控制方向舵作動(dòng)器按REU給定的PID控制指令動(dòng)作。在此過程中，液壓系統(tǒng)模型上傳到模型總線的數(shù)據(jù)為作動(dòng)器位移和液壓系統(tǒng)壓力，從模型總線接收的數(shù)據(jù)為伺服閥的PID控制信號(hào)和電磁閥的鎖信號(hào)。
