1、第三節(jié) 力反饋兩級電液伺服閥一、力反饋兩級電液伺服閥工作原理1、閥的結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)原理圖如圖55；應(yīng)用廣泛的一種結(jié)構(gòu)形式。第一級液壓放大器：雙噴嘴擋板閥，永磁動鐵式力矩馬達(dá)控制；第二級液壓放大器：四通滑閥；閥芯位移通過反饋桿與銜鐵擋板組件相連，構(gòu)成滑閥位移力反饋回路。 銜鐵由彈簧管支承在上、下導(dǎo)磁體的中間位置，擋板也處于兩個(gè)噴嘴的中間位置，滑閥閥芯在反饋桿小球的約束下處于中位，構(gòu)成位移力反饋控制系統(tǒng)。 2、閥的工作原理 電流輸入銜鐵逆時(shí)針電磁力矩銜鐵擋板組件繞彈簧管轉(zhuǎn)動中心逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)，彈簧管和反饋桿變形使擋板偏離中位，噴嘴擋板閥右間隙減小而左間隙增大，滑閥右腔控制壓力增大，左腔控制壓力減小，推動滑

2、閥閥芯左移使反饋桿端部小球左移，饋桿進(jìn)一步變形。 反饋桿和彈簧管變形反力矩與電磁力矩相平衡銜鐵擋板組件處于平衡位置。反饋桿端部左移進(jìn)一步變形擋板的偏移減小趨于中位控制壓力降低，增高閥芯兩端液壓力與反饋桿變形對閥芯產(chǎn)生的反作用力以及滑閥的液動力相平衡，閥芯停止運(yùn)動，閥芯位移與控制電流成比例。在負(fù)載壓差一定時(shí)，閥的輸出流量也與控制電流成比例。3、閥的特點(diǎn)：采用位移力反饋閉環(huán)控制，控制精度高； 銜鐵和擋板均在中位附近工作，線性好； 對力矩馬達(dá)的線性要求也不高，允許滑閥工作行程大。 二、力反饋兩級電液伺服閥基本方程與方塊圖 (一)力矩馬達(dá)運(yùn)動方程 力矩馬達(dá)運(yùn)動有兩個(gè)動態(tài)過程：1） 電器的動態(tài)過程，用電

3、路的基本電壓方程表示；2） 機(jī)械的動態(tài)過程。用銜鐵擋板組件的運(yùn)動方程表示。表明控制電壓與消耗在線圈電阻和放大器內(nèi)阻上以及克服銜鐵磁通變化在控制線圈中所產(chǎn)生的反電動勢之和相等。 將式（5-20）代入，力矩馬達(dá)電路基本電壓方程形式：分析：1）左邊放大器加在線圈上的總控制電壓2）右邊第一項(xiàng)為電阻上的電壓降；3）第二項(xiàng)為銜鐵運(yùn)動時(shí)在線圈內(nèi)產(chǎn)生的反電動勢；4）第三項(xiàng)是線圈內(nèi)電流變化所引起的感應(yīng)電動勢。Lc ：包括自感和兩個(gè)線圈之間的互感；由于兩個(gè)線圈對信號電流來說是串聯(lián)的，并且是緊密耦合的，因此互感等于自感，所以每個(gè)線圈的總電感為2Lc。式(526)可以改寫為： 銜鐵擋板組件受力情況見圖5-6，作用在擋

4、板上的液流力對銜鐵擋板組件產(chǎn)生的負(fù)載力矩：(四) 閥控液壓缸的傳遞函數(shù) 噴嘴擋板閥穩(wěn)態(tài)液動力與滑閥輸出的負(fù)載壓力有關(guān)，即與執(zhí)行元件的運(yùn)動有關(guān)；若動力元件的負(fù)載只考慮慣性，閥芯位移至液壓缸位移的傳遞函數(shù)為：(五) 作用在擋板上的壓力反饋 略去滑閥粘性阻尼力和反饋桿彈簧力，只考慮閥芯的慣性力和穩(wěn)態(tài)液動力，噴嘴擋板閥的負(fù)載壓力為： 方程的拉氏變換形式為：滑閥的負(fù)載壓力為：三、力反饋伺服閥的穩(wěn)定性分析 由式(529)、(5-38)、 (5-41)、(545)可畫出力反饋兩級電液伺服閥的方塊圖；圖57。 兩個(gè)反饋回路：滑閥位移的力反饋回路是主要控制回路；作用在擋板上的壓力反饋回路是次要回路；穩(wěn)定性問題分

5、析。 (一)力反饋回路的穩(wěn)定性分析 力反饋兩級伺服閥的性能主要由力反饋回路決定。力反饋回路：力矩馬達(dá)動態(tài)環(huán)節(jié)；滑閥動態(tài)環(huán)節(jié)。力反饋回路的簡化：a) 轉(zhuǎn)折頻率a很高，反饋簡化為阻尼增加； 力矩馬達(dá)小閉環(huán)的傳遞函數(shù)為：b) 滑閥固有頻率hp>>噴嘴擋板閥固有頻率mf，忽略滑閥動態(tài)。 (二)壓力反饋回路的穩(wěn)定性1、 壓力反饋回路組成：圖57。2、壓力反饋回路特點(diǎn)：滑閥位移和執(zhí)行機(jī)構(gòu)負(fù)載變化引起各級負(fù)載壓力變化，反饋壓力作用在擋板上。它反映了伺服閥各級負(fù)載動態(tài)的影響，顯然這種影響越小越好。3、要求伺服閥各級負(fù)載動態(tài)對系統(tǒng)影響越小越好，回路的開環(huán)增益應(yīng)小于1，近似于開環(huán)狀態(tài)。 首先求出壓力反

6、饋回路前向通道的傳遞函數(shù)的最大增益，力反饋回路的閉環(huán)傳遞函數(shù)：四、力反饋伺服閥的傳遞函數(shù)（一）力反饋伺服閥的傳遞函數(shù)簡化力反饋伺服閥的傳遞函數(shù)可以簡化：1、 忽略力矩馬達(dá)控制線圈的動態(tài)；2、 忽略滑閥的動態(tài)忽略；3、 壓力反饋回路忽略。壓力反饋的影響比力反饋小得多；4、 力反饋伺服閥的方塊圖可簡化成圖510所示的形式。結(jié)果：伺服閥的簡化方塊圖（圖510）與圖58相比較，增加了放大器和力矩馬達(dá)的增益；將力反饋伺服閥閉環(huán)部分作為一個(gè)控制環(huán)節(jié)討論由（5-51）有：力反饋伺服閥的閉環(huán)傳遞函數(shù)：（二）伺服閥傳遞函數(shù)二階振蕩環(huán)節(jié)形式分析：伺服閥的動態(tài)響應(yīng)一般高于動力元件的動態(tài)響應(yīng)，故伺服閥的傳遞函數(shù)通常用

7、二階振蕩環(huán)節(jié)表示。二階近似的傳遞函數(shù)可由下式估計(jì)：相頻特性實(shí)驗(yàn)曲線上，位滯后90°所對應(yīng)的頻率為伺服閥的固有頻率； 。阻尼比有兩種方法求得： 1) 根據(jù)二階環(huán)節(jié)的相頻特性公式由頻率特性曲線求出每一相角所對應(yīng)的sv值，然后取平均值。 2)伺服閥的相頻特性曲線與此對照，通過比較確定sv值。（三）伺服閥傳遞函數(shù)其他環(huán)節(jié)形式 二階環(huán)節(jié)的固有頻率高于動力元件的固有頻率，伺服閥傳遞函數(shù)還可用一階慣性環(huán)節(jié)表示： 當(dāng)伺服閥的固有頻率sv 遠(yuǎn)大于動力元件的固有頻率h，伺服閥可看成比例環(huán)節(jié)： 五、力反饋伺服閥的頻寬Kvf最低的轉(zhuǎn)折頻率，閥的頻寬主要由Kvf決定。伺服閥的頻寬近似估計(jì)： 圖510，擋板峰值

8、位移Xf近似求法： 1）開環(huán)增益很低，反饋忽略；2）力矩馬達(dá)動態(tài)忽略最大電流信號：提高Kvf力反饋回路開環(huán)增益方法：1） 減小綜合剛度 ，2） 適當(dāng)提高r(r+b)的比值;3） 增大噴嘴直徑(即增大Kqp)和減小滑閥直徑；受流量飽和影響，限制伺服閥的頻寬；4） 改善反饋回路穩(wěn)定條件: a)提高力矩馬達(dá)的固有頻率 b) 提高阻尼比。六、力反饋伺服閥的靜態(tài)特性在穩(wěn)態(tài)情況下，圖510 電液伺服閥的壓力流量曲線：以電流i為輸入?yún)⒘?測量輸出流量繪制曲線。 滑閥加工精度高：力反饋伺服閥閉環(huán)控制的是閥芯位移 閥芯位移到輸出流量是開環(huán)控制，流量控制的精確性要靠滑閥加工精度保證。第四節(jié) 直接反饋兩級滑閥式電液

9、伺服閥 一、結(jié)構(gòu)及工作原理動圈式直接位置反饋兩級滑閥式電液伺服閥如圖511所示。該閥由動圈式力馬達(dá)和兩級滑閥式液壓放大器組成。前置級是帶兩個(gè)固定節(jié)流孔的四通閥(雙邊滑閥)，功率級是零開口四邊滑閥。功率級閥芯也是前置級的閥套，構(gòu)成直接位置反饋 當(dāng)信號電流輸入力馬達(dá)線圈時(shí)，線圈上產(chǎn)生的電磁力使前置級閥芯移動，假定閥芯向上移動x。此時(shí)上節(jié)流口開大，下節(jié)流口關(guān)小。從而使功率級滑閥上控制腔壓力減小，而下控制腔壓力增大，功率級閥芯上移。當(dāng)功率級閥芯位移xvx 時(shí)停止移動，功率級滑閥開口量為xv，使閥輸出流量二、動圈式兩級滑閥伺服閥的方塊圖動圈式力馬達(dá)控制線圈的電壓平衡方程為：式(567)等號左邊為放大器加

10、在控制線圈上的信號電壓。等號右邊：第一項(xiàng)是電阻上的電壓降； 第二項(xiàng)是電流變化時(shí)在控制線圈中產(chǎn)生的自感反電動勢； 第三項(xiàng)是線圈在極化磁場中運(yùn)動所產(chǎn)生的反電動勢。 式(567)的拉氏變換式可寫成作用在線圈組件上的負(fù)載力FL為第一級滑閥的穩(wěn)態(tài)液動力，可以忽略不計(jì)。則式(569)可以寫成：前置級滑閥的開口量為：前置級滑閥的負(fù)載為功率級滑閥的質(zhì)量和液動力，忽略液動力的影響，其傳遞函數(shù)為：由式(568)、(570)(572)可畫出直接位置反饋滑閥式伺服閥的方塊圖，如圖512所示。直接位置反饋滑閥式伺服閥的簡化方塊圖如圖513所示。直接位置反饋滑閥式伺服閥的簡化方塊圖如圖513所示。三、動圈式兩級滑閥伺服閥的傳遞函數(shù)伺服閥的穩(wěn)定性取決于直接位置反饋回路的穩(wěn)定性，穩(wěn)定條件為：參考力反饋兩級伺服閥傳遞函數(shù)的簡化方法，直接位置反饋回路的閉環(huán)傳遞函數(shù)可寫成直接位置反饋滑閥式伺服閥的簡化方塊圖如圖514所示因?yàn)閃hp比較高，不會限制閥的頻寬，因此可以忽略。則直接位置反饋兩級滑閥式伺服閥的傳